用於航空測量的 LiDAR 與攝影測量__幫助您選擇測量傳感器的比較指南

用於航空測量的 LiDAR 與攝影測量__幫助您選擇測量傳感器的比較指南

DJI行業應用台灣代理  先創國際

對於測繪專業人士而言，LiDAR 和攝影測量長期以來一直是該行業的必備工具。但是無人機技術的最新進展已經改變了更好地捕獲數據的方式。

與幾乎完全依賴有人駕駛飛機的傳統航空測量相比，無人機提供了一種安全、準確且更實惠的替代方案。結果是測量解決方案的民主化。現在，農業、建築、保護、採礦、事故現場重建等領域的項目都可以從詳細的點雲、準確的地圖和 3D 模型中受益。 

對於成熟的測量員和該領域的新手來說，是使用 LiDAR 還是攝影測量的問題會很熟悉。在本文中，我們將帶您了解這兩種方法的優缺點。並不是說一個更好，或者無論如何都應該優先於另一個。相反，正確的決定取決於手頭的具體任務、相關操作員的技能以及與以往一樣的預算。 

什麼是激光雷達？

LiDAR 是“光檢測和測距”的縮寫。LiDAR 傳感器的工作原理是發射光脈衝並測量它們從地面反射回來所需的時間以及它們反射的強度。 

儘管它已經存在了幾十年，但直到最近幾年，LiDAR 技術才變得足夠緊湊，可以集成到無人機可以攜帶的有效載荷上。

LiDAR 傳感器只是複雜過程的一部分。為了收集構建準確反映地形及其地形的點雲所需的數據，LiDAR 結合了其他高精度系統：衛星定位（GNSS 數據）和慣性測量單元 (IMU)。 

借助一點軟件魔法，LiDAR 飛行可用於構建 3D 點雲和強度圖 – 這兩者都需要大量技能來解釋，但在採礦、林業、農業和建築作業中提供寶貴的數據。

激光雷達的優點 

使用 LiDAR 進行地圖繪製的最被引用的積極因素是該技術的準確性。但作為一個獨立的聲明，並沒有給我們太多的工作。 

首先，重要的是要考慮準確性對您和您的項目意味著什麼。您是優先考慮相對精度還是絕對精度？換句話說，您是否擔心您的最終產品在其相互關係的特徵方面或其特徵與其在世界上的位置方面是否準確？ 

LiDAR 是追求絕對精度的方法，通常是當目標是逼真的裸地模型時的最佳選擇。這是因為它是考慮海拔、植被和手頭條件的最佳方法。 

LiDAR 與 GNSS 數據的集成以及它是直接測量的事實 – 從上方發射數千個激光脈衝 – 確保您的最終數字地形圖具有極高的垂直精度。  

地形複雜性不僅以地形起伏的形式出現。植被還可以阻止基於照片的測量方法獲取精細的地面數據。 

LiDAR 的光脈衝穿透樹葉和樹枝之間的縫隙，到達下面的地面並提高測量的準確性。 

如果您的工作場所的光照條件不一致，LiDAR 也是首選。如果您想執行夜間調查或低能見度任務，LiDAR 可以在不需要外部光源的情況下完成任務。 

最後，LiDAR 允許您捕捉直徑較小的細節。電源線就是一個很好的例子。得益於高密度點採樣和直接測量方法，您可以使用 LiDAR 準確繪製電纜懸鏈線。

激光雷達的缺點

使用 LiDAR 帶來的最明顯挑戰是其成本。由於操作複雜度更高（並且需要更複雜的組件和傳感器），您可以輕鬆地花費數十萬美元購買完整的調查解決方案。 

這種複雜性還擴大了您出錯的空間，並增加了對經驗豐富的專業人員的依賴。由於多個傳感器和信息在沒有大量處理的情況下不易訪問，因此提取所需的數據並不簡單。 

同樣重要的是要記住，傳統上 LiDAR 傳感器比簡單的相機更笨重。隨著無人機在航測中越來越受歡迎，需要更大的無人機來處理更重的有效載荷，這可能會增加已經很可觀的費用。 

選擇 LiDAR 的最後一個缺點可以說是它最大的優勢：事實上，它是在非常特定的情況下完成工作的最佳工具。對於許多應用，常規攝影測量就足夠了。隨著圖像處理軟件的改進，這種趨勢正在積聚動力。

什麼是攝影測量？

簡而言之，攝影測量是一種使用照片測量距離的方法。這些照片使用專業軟件進行處理，以生成準確而逼真的世界模型。 

正射鑲嵌地圖和 3D 模型具有多種應用，從施工規劃和正在進行的項目管理到營銷材料。

有效攝影測量所需的圖像數量從數百到數千不等。這完全取決於相關站點的大小以及您想要達到的深度和準確性。 

無人機飛行員必須確定最佳飛行高度才能獲得所需的地面採樣距離。您還必須在每張圖片上設置重疊，以確保您的軟件可以將您的圖像無縫拼接在一起。  

攝影測量的優點

使用攝影測量的主要好處是它的可訪問性。無人機技術和測繪軟件的興起簡化了工作流程，並為任何擁有合適的攝像無人機的組織提供了準確的地圖和 3D 模型。

除了相機校準、基本飛行計劃和繪製地面控制點之外，執行測繪任務並將該數據轉化為有用的東西相對簡單。在建築、保護、採礦和農業等各行各業中，這一過程在無數種情況下會產生切實的結果。  

重要的是，結果也是可以訪問的。具有可識別特徵和顏色的地圖和模型非常直觀，使它們成為一個很好的協作工具，利益相關者可以在不花費太多時間處理數據的情況下工作。

攝影測量的另一大吸引力在於它的價格實惠。正如我們所提到的，入門意味著在專業無人機無人機上投資數千美元，而在處理數據所需的軟件上則要少得多。 

最後，攝影測量提供了一種更靈活的方法。根據手頭的任務，您可以更好地控制任務速度、高度和準確性之間的權衡。

攝影測量的缺點

基於攝影測量的測量方法有一些缺點。 

首先，地圖和模型的準確性在很大程度上取決於無人機相機和無人機本身的質量。

傳感器尺寸、光圈、分辨率和焦距都會影響地面採樣距離 (GSD) 以及飛行高度。最重要的是，如果沒有幾個使用地面控制點或啟用 RTK 或 PPK 的無人機，您將難以產生絕對準確的結果。

您的攝影測量抱負面臨的第二個挑戰是天氣。或者，更具體地說，是光照條件。黑暗、雲層、灰塵等都會對測量結果的質量產生負面影響。 

說到數據處理，你只能衡量你能看清楚的東西。這意味著能見度有限的飛行——無論是由於植被、陰影還是一天中的時間——將產生更少的地麵點和不太準確的地圖和模型。

何時選擇激光雷達

如果您要繪製植被覆蓋率高的複雜地形，建議使用 LiDAR。由於其直接測量可以穿透樹葉、樹枝和樹木，您可以使用結果數據構建準確的地形點雲。 

該技術還非常適合精確測量電纜等物體，這些物體通常太細而無法通過任何其他方法識別。 

如果手頭的測量任務要求精度高於一切，LiDAR 也應該是您的首選方法。儘管這並非沒有挑戰，這些挑戰以成本和使數據栩栩如生所需的專業知識的形式出現。 

選擇 LiDAR 用於： 

• 繪製難以進入、複雜和雜草叢生的地形
• 捕捉薄結構的細節，例如電源線或屋頂邊緣
• 注重細節和精確度的項目 

何時選擇攝影測量 

攝影測量的經濟性使其成為那些不熟悉無人機測量的人的首選。儘管比 LiDAR 便宜並不是它唯一的好處。 

事實上，許多應用程序最好堅持使用攝影測量。當您想要使用正射鑲嵌地圖制定計劃、使用 3D 模型進行協作或以相對較低的成本提供可訪問的項目進度更新時，尤其如此。

選擇攝影測量： 

• 可訪問且需要最少的後處理和專業知識的上下文豐富的掃描
• 未經訓練的眼睛易於理解的地圖和模型
• 需要視覺評估的數據集

激光雷達與攝影測量：哪個更準確？

就像 DJI L1 製作的真彩點雲一樣，這裡的答案並不像黑白那麼簡單。

與攝影測量相比，LiDAR 傾向於生成具有更高細節和準確性的掃描。另外，因為它可以在環境挑戰下運行良好 – 想想弱光或大量植被 – 它非常適合您將準確性放在首位的場景。  

LiDAR 點雲可以非常精細，每平方米多達 500 個點，垂直高度精度低於 3 厘米。數據點的高密度帶來了更強大的數據集，這反過來在處理您的發現時為您提供了更多的多功能性。 

這並不是說攝影測量本質上是不准確的。如果您的地形相對簡單且沒有茂密的植被，您仍然可以構建非常詳細的地圖和模型 – 特別是如果您還使用 RTK 定位模塊。

激光雷達與攝影測量：數據

LiDAR 和攝影測量是收集數據的根本不同的方法。 

使用 LiDAR，您最終會得到數千個數據點，這些數據點形成一個 3D 點雲，勾勒出相關地形。您需要合併來自不同數據集的顏色，以將其轉換為視覺上可訪問的內容。 

使用攝影測量，您最終需要處理成百上千的圖像並將其拼接在一起以產生有價值的東西：3D 點雲、地圖或可導航模型。 

基於雲的 LiDAR 處理不像基於雲的攝影測量軟件那樣流行或易於訪問。這意味著您必須有一名現場專家，他可以將原始數據與正確的軟件一起轉化為可操作的內容。  

DJI 的攝影測量解決方案

精靈Phantom 4 RTK

Phantom 4 RTK 為專業測量員提供了價格、準確性和可訪問性的理想平衡。

借助其機載實時動態 (RTK) 傳感器，照片會自動進行地理標記，並以厘米級精度針對地面控制點進行校正。 

無論您的測量需求如何，Phantom 4 RTK 都是一項明智的入門投資。

經緯 M300 RTK + P1

該組合是 DJI 的旗艦攝影測量解決方案。P1 是一種先進的攝影測量有效載荷，具有全畫幅傳感器和可互換的定焦鏡頭。全局機械快門和包括 Smart Oblique Capture 在內的軟件功能使其成為大規模攝影測量飛行的理想選擇。借助 M300 RTK，P1 使測量員能夠在單次飛行中覆蓋 3 平方公里，並在沒有 GCP 的情況下實現水平 3 厘米/垂直 5 厘米的準確結果。

DJI 的 LiDAR 解決方案

矩陣 300 RTK + L1

L1搭載 Livox  LiDAR 模塊、高精度 IMU 和三軸穩定雲台上的 1 英寸 CMOS 攝像頭。M300 RTK、L1 和 DJI Terra 具有 5 cm 垂直精度和 10 cm 水平精度，以及單次飛行覆蓋 2 km2 的能力，共同構成了一個全面的測量解決方案，可提供 3D 數據、複雜結構的細節和精確的視覺重建。

通過我們的測量購買指南了解有關 DJI 測量解決方案的更多信息。 

最後的想法

將 LiDAR 和攝影測量作為兩種相互競爭的數據捕獲方法進行評估並不是最有指導意義的方法。正如我們所提到的，並不是說一個就一定比另一個好。最終，手頭的任務將決定最佳解決方案。  

如果對比度、照明、主題和條件對您有利，攝影測量可能對這項工作綽綽有餘。但是對於涉及高程精度、複雜結構或部分被遮蔽的地形的具有挑戰性的測繪項目，LiDAR 可能是要走的路。

當然，您團隊的成本和經驗也會在兩者之間的任何決定中發揮重要作用。儘管是 DJI 最新的有效載荷，但 P1 和 L1 證明了測量技術的可負擔性和可訪問性不斷提高。 

最終，隨著攜帶它們的無人機變得更加複雜，該領域的專業人員將需要熟練使用這兩種技術。