“数智领航”系列 | 车载机械旋转式多线激光雷达点密度计算 – 北京918博天堂股份有限公司


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    “数智领航”系列 | 车载机械旋转式多线激光雷达点密度计算

    什么是激光雷达的点密度

    激光雷达获取的点云具有三维坐标(X,Y,Z),一般情况,将点投影到平面(通常XY)后,使用平面密度来表示点云密度。该值反映了激光脚点空间分布的特点及密集程度,而脚点的分布反映了地物的空间分布状态特点。

    此外,在数据解译分类时,点云密度的作用类似于遥感影像的分辨率。点云密度越大,对微小目标的探测能力越强。

     

    车载918博天堂的点密度值得关注吗?

    车载激光雷达扫描系统是许多行业测量制图的利器,例如高精度地图制图、建筑立面测量、城市路政部件普查等。在各种业务场景下,用户都比较关心实际上车作业时,雷达系统最终能带来的数据效果如何,探测能力如何,其中一项重要的指标便是点密度。

    合适的点密度方案可以提高采样效率

    更高的点密度意味着在测量、制图时,在单位面积上能获得更加丰富的采样点以及更高的信息密度,体现了极高的采样效率。以高精地图为例,较大的点密度可以保证点之间的距离更小,那么在数据解算正常的前提下,以激光雷达点云测量和制图相比于传统的单点式经纬仪、全站仪测量,其优势之一就是有着极高的测量点位采样效率。

    但是,过高的点密度有可能会导致数据冗余,体量过大,不便于存储运算。因此选择合适的点密度方案对于我们测量制图是很重要的。

     

    如何计算点密度?

    以下就以车载机械旋转式多线激光雷达扫描系统为例,分析其在不同参数环境下的点密度计算,用来估算出理论的数据质量,辅助我们选择合适的产品。

    假设激光器安装角度为θ,安装高度为H,点频为A,线束为B,扫描频率为F,垂直视场角为J;车辆速度为V,某点距离激光雷达中心的的垂直偏距为L。

    我们先分析单个线束的情形

    假设中央线束的方向(下图中黄色)与安装角度θ一致。

     

    多线的情况下

    各个线束的水平角分辨率(指激光器各个线束之间能分辨出的最小夹角的度数)不会变化,即都为∝,但是水平点间距不同,因为DH与线束的夹角、DH与水平面的夹角都是不同的(θ-0.5J ~ θ+0.5J,PS:假设中心线束两边的线束数量是一致的,且最边缘的线束与中心线束的夹角一致)。

     

    实际案例

    以918博天堂的车载激光雷达为例(32线激光雷达,点频64W点/秒,垂直视场角为31°,扫描频率20HZ,安装角为45°,安装高度为2.3m)。

    点云密度表

     

    根据以上方法可以快速计算车载机械旋转式多线激光雷达扫描系统的点云数据平面密度,帮助用户更好地选择合适的测量系统,去适应自身的项目和研究需求,提高项目数据的质量和测量、制图效率。

     

    以上点密度计算公式均为手工分析运算,如有错误请指正。