「连载」行业报告 | 2021激光雷达产业发展观察报告(第四期)

第四期:点云数据处理典型行业应用

01

国土空间调查

国土资源是一个国家和人民赖以生存和发展的基础,因此需要对国土空间内资源定性定量的调查、分析、规划。其中,数字表面模型(DSM)数字高程模型(DEM)数字线划图(DLG)等数字地形产品不仅是各种地学过程研究的基础,同时也是各种建设规划、资源管理、投资环境分析等各个方面以及作为人口、资源、环境、交通、治安等各专业信息系统的空间定位基础。

利用三维激光扫描系统观测地表空间各目标形态及其变化,已被广泛应用于各类地学应用;同时利用地表空间形态的外轮廓探测数据(即点云数据),出具精细的三维地形模型(栅格、矢量、3D等),进行量测、空间分析、参数提取等,既可服务于简单的地形测量、地籍测量,又可辅助于城乡规划、土地利用规划等决策分析。

02

工程测量

点云作为高精度的三维数据,对于各种工程项目的施工建设而言,具有独特的优势,可高效精确地复建施工建设对象的三维全貌,无论是整体形态,还是局部细节,都能做到“诚实反映”。将实际施工对象的点云与设计图纸或模型对比,分厘之差,尽显眼下,对于工程勘察设计、工程监理、工程验收和维护等测量场景,具有很高的指导意义。

 

03

植被分析及森林资源调查

森林资源是国家资源的重要组成部分,对森林资源开展定期而详细的清查工作,不仅能及时掌握森林资源现状,还可以进一步为制定林业的发展规划和策略提供依据,与传统摄影测量方式相比,激光雷达技术生成三维信息更快、更准确,尤其是利用其多回波特质,可以穿透地表覆盖的森林植被,快速获取地形信息,从而提取相关的林地立地因子信息,具有其他技术无可比拟的优势。同时,由于激光雷达点云本身的离散、真三维特性,所有点作为独立个体都带有空间坐标及附加属性,而整体又具有一定的空间统计特性,其对于植被的垂直结构能有更好的反映,同时也有利于实际目标物单体的分类、分割和参数提取 。而个体参数和群体参数便是植被资源调查的核心参数,其意义可见一斑。

「数字绿土全方位生态资源三维调查技术方案」

04

城市形态分析

城市形态分析对城市规划设计管理具有重要意义,传统手段难以监测城市形态的垂直结构及其演化,激光雷达可以快速获取城市三维形态,为城市基础设施管理、智慧城市构建等提供数据基础。用该基础数据构建城市的数字孪生,可以以近乎写实的手法,呈现出真实的城市形态脉络,无论是结构布局、交通路网、工程设施、园林绿化、排水设施、能源管线等生命线设施,都能实现全面的感知、复刻,对感知数据进行管理存储分析、可作用于城市规划中经济、空间、社会结构发展规划的决策的诸多方面,指导相关的设计和生产。

05

电力能源安全巡检

输电线路巡检是电网运维管理部门需要进行的一项重要工作,随着高电压、大功率、长距离输电线路越来越多,线路走廊穿越的地理环境越来越复杂。依靠人工为主的选件模式因巡视效果差、工作效率低等原因,难以满足发展需求。近年来,利用无人机、直升机搭载激光雷达进行输电线路巡检,基于获取的输电线路高精度三维点云,结合输电线路相关运行规程对线路通道内树障、交跨等外在危险进行识别和分析,为输电线路安全运行和检修服务提供数据支撑。

同时,针对于电力设施本身的重要部件缺陷巡查和维护,也能够利用点云进行精细化巡检。结合图像AI算法,自动识别电力能源设施的部件健康度及仪器仪表状态,目前该业务已由主网、配网推广至变电站、光伏电站等。

06

地质灾害分析

近年来,摄影测量和激光雷达技术发展迅猛,使得地质灾害精细测绘成为可能,相较于摄影测量技术,激光雷达具有更高的数据精度和数据分辨率,不受云雾和光照的影响。同时,不同的搭载平台还能满足地质灾害领域的多角度和多尺度研究。对滑坡、泥石流、崩塌及地面沉降等常见地质灾害分析中,可快速而精确地获取滑坡等地质灾害体的微地形地貌等细节特征信息,可以定量提取精细的地表粗糙度、坡度、坡向等地形地貌参数,根据DEM等模型激光雷达数据获取及数据分析正成为地质灾害分析的一种常备研究手段。

07

无人驾驶高精度地图

高精地图静态地图层的绘制是刻画精准静态驾驶环境、提供道路语义信息约束、控制自动驾驶车辆行驶行为的基础,也是自动驾驶的关键要素之一,准确绘制车道级的地图不仅帮助自动驾驶车辆获得高精度的位置信息,还可以提供全局路径规划,因此如何高效并详尽地提取交通标线几何、拓扑与车道关联属性等信息是智能高精地图静态图层绘制的关键。

数字绿土的高精度地图方案采用车载激光雷达系统,以车辆为搭载平台,同步集成高点频激光扫描仪、惯性测量单元、全球定位系统以及工业相机,拥有自主研发的车载移动测量系统,不仅能迅速获取扫描目标的三维坐标信息,同时还能获取影像数据及地物的反射强度等信息,实时建立场景三维模型,为高精地图绘制提供了一种新的数据源。同时搭配LiStreet地物要素提取及专题制图软件,自动化和半自动化对道路专题数据进行地图矢量化,可衔接多种GIS平台,辅助智能驾驶,助力城市信息化建设和管理水平提升。

「数字绿土高精度地图」
08

文化遗产数字化保护

文化遗产数字化保护是人类共同的历史责任。基于三维激光扫描技术可快速绘制文化遗产的结构图并构建精细三维模型,对古文物修复、重建、建立文物电子档案等工作,可大幅提高文化遗产保护的工作效率,并丰富文化遗产成果表现形式。