Was sind all diese Attribute in meinen Lidar-Daten?

Global Mapper Pro kann nicht nur Lidar-Daten importieren und exportieren, sondern diese Daten können auch in 2D- und 3D-Viewern anhand einer Reihe von Datenattributen visualisiert werden. Diese Visualisierungsoptionen ermöglichen es Ihnen, die Daten leicht zu erkunden und ihre Eigenschaften zu verstehen. Noch wichtiger ist jedoch, dass einige der Attribute in wichtigen Analyseprozessen in Global Mapper Pro verwendet werden. Kommen Sie mit auf diese Reise und lernen Sie alles über die Attribute, die Sie in Ihren Lidar-Daten sehen können.

Die Begriffe Lidar und Punktwolke werden oft synonym verwendet, sind aber unterschiedlich. Lidar ist eine Punktwolke, die mit einer bestimmten Methode erfasst wird. Die Beziehung zwischen diesen Begriffen ist ähnlich wie ein Quadrat immer ein Rechteck ist, aber ein Rechteck ist nicht immer ein Quadrat. Lidar ist das Quadrat und die Punktwolke ist das Rechteck.

Lidar ist die Abkürzung für Light Detection And Ranging (Lichterkennung und Entfernungsmessung) und wird aktiv mit einem speziellen Scanner erfasst. Der Scanner sendet einen Lichtimpuls aus, der von der Erdoberfläche oder einem Objekt abprallt, auf das er trifft, und zum Sensor zurückkehrt. Bei der Rückkehr misst das Gerät den Impuls, und anhand dieser Informationen wird ein Punkt im 3D-Raum platziert. Verschiedene Informationen aus der Impulsrückgabe, die als Attribute bezeichnet werden, werden mit dem Punkt gespeichert.

Der allgemeinere Begriff "Punktwolke" bezieht sich auf eine Sammlung von Punkten, wobei jeder Punkt einen Teil einer Oberfläche und/oder eines Objekts darstellt. Diese Punktwolke stellt ein Modell eines Gebiets dar, das visualisiert und analysiert werden kann. Wie Sie sehen, handelt es sich bei Lidar lediglich um eine Punktwolke, die mit einer bestimmten Methode erfasst wurde. Punktwolken können auch durch Abtasten von Geländedaten, durch die Erstellung von Punkten aus den Scheitelpunkten topografischer 3D-Vektorelemente oder durch Photogrammetrie aus per Drohne aufgenommenen Bildern erzeugt werden, wie z. B. mit dem Werkzeug Punktwolke aus Bildern (Pixel-to-Point) von Global Mapper Pro.

Für weitere Informationen siehe: Unterschied zwischen Lidar und photogrammetrischen Punktwolken in Global Mapper.

Die gängigsten Dateiformate für die Speicherung von Punktwolkendaten sind LAS und die gezippte Version LAZ. Diese Formate speichern die 3D-Position jedes Punktes in der Wolke, enthalten aber auch Felder für zusätzliche Attribute, von denen einige spezifisch für Lidar-Daten sind.

Position

Die XYZ-Position eines Punktes in Lidar-Daten wird immer vorhanden sein. Dies ist das wichtigste Attribut, da es jeden Punkt im Raum verortet. Bei Tausenden, Millionen oder sogar Milliarden von Punkten, die im 3D-Raum platziert sind, wird die Szene der Daten deutlich. Die Position wird bei der Analyse einer Punktwolke immer berücksichtigt, sei es bei der Klassifizierung, der Ausdünnung, der Erstellung einer Geländeoberfläche oder einem anderen Prozess. Im Element-Info-Tool und im Attribut-Editor von Global Mapper wird der Z-Wert als Attribut Elevation angezeigt. Elevation ist auch die Standard-Visualisierungsoption für Lidar-Daten in Global Mapper.

Intensität

Der Intensitätswert eines Punktes in einer Punktwolke ist die Stärke des zum Sensor zurückgesendeten Impulses. Die Werte für die Intensität liegen zwischen 1 und 256 und liefern Informationen über die Oberfläche, die den Lichtimpuls reflektiert hat. Ein höherer Wert bedeutet, dass ein größerer Teil des Lichts reflektiert wurde.

Return-Nummer

Wenn ein Lichtimpuls vom Lidar-Scanner ausgesendet wird, kann er mehrfach zum Sensor zurückkehren. Dies geschieht in Situationen, in denen der Impuls teilweise von einem Objekt zurück zum Scanner prallt, ein Teil des Laserimpulses aber weiterhin auf ein anderes Objekt oder eine Oberfläche trifft. Nicht alle Scanner zeichnen Mehrfach-Returns auf. Die maximale Anzahl von Returns, die aufgezeichnet werden können, beträgt fünf, aber bei manchen Geräten kann diese Zahl auch niedriger sein, bei einem Wert von zwei oder sogar einem.

Wenn man darüber nachdenkt, wie Mehrfacherfassungen aufgezeichnet werden, geschieht dies meist in Bereichen, in denen sich Schichten von Objekten oder Strukturen überlagern, z. B. Vegetation. In Gebieten mit Vegetation sind Mehrfacherfassungen sehr häufig anzutreffen. In Gebieten mit einer einzigen festen Struktur, wie z. B. einem Gebäude, oder auf offenem Gelände sind alle Punkte möglicherweise nur Einzelerfassungen.

Anzahl der Returns

Zusätzlich zur Aufzeichnung der Return-Nummer wird in den Lidar-Daten auch die Gesamtzahl der Returns für einen bestimmten Impuls aufgezeichnet. Dieser Wert für die Anzahl der Returns gibt dem Wert der Return-Nummer einen gewissen Kontext. Aus der Kombination dieser beiden Attribute lassen sich Bezeichnungen wie Einzel-Return, First-of-many, Last-of-many ableiten.

Scan-Richtung

Wenn ein Lidar-Scanner über ein Gebiet geflogen wird, oszilliert er auf der Halterung hin und her, um einen größeren Bereich von Daten zu erfassen. Die Scanrichtung ist ein Wert, der die Richtung angibt, in die sich der Scanner bewegt hat, als der Impuls für diesen Return ausgesendet wurde. Dieser Wert kann eine Eins, eine positive Bewegungsrichtung, oder eine Null, eine negative Bewegungsrichtung, sein. In dieser Anwendung bedeutet eine positive Richtung eine Bewegung von links nach rechts, während eine negative Richtung das Gegenteil bedeutet.

Rand der Flugstrecke

Mit den Optionen Null oder Eins, die in Global Mapper als N oder Y angezeigt werden, markiert dieser Wert einfach die Returns, die sich am Rand der Scanlinie befinden. Mit dieser Markierung können die Fluglinien in einer Punktwolke identifiziert werden.

Klassifizierung

Der numerische Klassifizierungswert in Lidar-Daten kategorisiert die Punkte nach dem Oberflächen- oder Objekttyp, den sie darstellen. Ein aussagekräftiger Wert für dieses Attribut wird nicht während der Datenerfassung erhoben, sondern erst in der Nachbearbeitung hinzugefügt. Rohes Lidar, das gerade gesammelt wurde, hat für alle Punkte einen Klassifikationswert von Null. Dies entspricht dem Wert Erhoben, nie klassifiziert.

Wenn Lidar-Daten in Global Mapper geladen werden, können bestehende Klassifizierungen mit den Visualisierungsoptionen und Statistiken in den Metadaten der Ebene angezeigt und untersucht werden. Die Klassifizierungen können dann mit dem Werkzeug Automatische Punktwolkenanalyse in Global Mapper Pro korrigiert oder auf die Lidar-Daten angewendet werden. Die Klassifizierungen können auch durch manuelle Auswahl und Bearbeitung in Global Mapper angewendet werden.

Scan-Winkel

Der Abtastwinkel ist ein Gradwert, der den Winkel zum Flugzeug beschreibt, in dem der Impuls ausgesendet wurde. Die Werte für den Scanwinkel werden auf die nächste ganze Zahl gerundet, wobei Null für den Nadir zum Flugzeug und zum Sensor steht, positive Werte für rechts in Bezug auf die Flugrichtung und negative Werte für links.

GPS-Zeit

Dieser Wert wird vom bordseitigen GPS-System zu dem Zeitpunkt aufgezeichnet, zu dem der Impuls vom Sensor ausgesendet wurde. Je nach dem Global Encoding-Wert in den Metadaten der Ebene wird die GPS-Zeit in Bezug auf den Beginn der GPS-Woche oder die GPS-Epoche, Mitternacht am 6. Januar 1980, gespeichert.

Punktquellen-ID

Die Punktquellen-Kennung fasst konsistente Daten zusammen. Dabei kann es sich um eine Gruppe von Rückmeldungen von einer einzigen Fluglinie oder einer gesamten Flugroute handeln. In Datensätzen, die große Gebiete abdecken und durch die Kombination mehrerer Flüge oder Datenerfassungsepisoden entstanden sind, zeigt die Punktquellenkennung die Bereiche der Daten an, die gemeinsam erfasst wurden. Dies kann bei der Ermittlung von Fehlerquellen hilfreich sein, die möglicherweise für bestimmte Datenabschnitte korrigiert werden müssen.

Dichte

Die Dichte einer Punktwolke wird als Anzahl der Proben pro Quadratmeter angezeigt. Für jeden Punkt wird dieser Wert für den lokalen Bereich um den Punkt berechnet und als Attribut in Global Mapper angezeigt. Eine durchschnittliche Punktdichte für die Datenebene kann in den Metadaten der Ebene gefunden werden, die über das Kontrollzentrum in Global Mapper zugänglich sind.

Diese Dichtewerte in Global Mapper sind dynamisch. Das heißt, wenn die Punktwolke bearbeitet wird und Punkte durch Herausfiltern von Rauschen oder anderen Klassifizierungen entfernt werden, ändern sich die Dichtewerte, um die angezeigten Punkte wiederzugeben.

Höhe über Grund

Die Höhe über dem Boden wird in Global Mapper im laufenden Betrieb berechnet und ist ein relativer Höhenwert zur ungefähren Bodenoberfläche, die in der Punktwolke dargestellt wird. Diese Berechnung der Höhe über dem Boden wird durchgeführt, wenn die Option Höhe über dem Boden für die Visualisierung der Punktwolke ausgewählt wird. Wenn der Boden bei Auswahl dieser Option klassifiziert ist, werden die Bodenpunkte als Referenz für die Bodenoberfläche verwendet; wenn keine klassifizierten Bodenpunkte vorhanden sind, werden die niedrigsten lokalen Höhenpunkte als Bodenreferenz verwendet.

Farbe (RGB)

Die Farbwerte, in der Regel als RGB-Werte (rot, grün, blau) gespeichert, werden nach der Erfassung der Lidar-Daten angewendet. In einigen Fällen werden Farben auf Punkte aus Bildern angewendet, die zur gleichen Zeit wie der Lidar-Scan erfasst wurden. Wenn für einen Lidar-Datensatz keine Farbwerte vorhanden sind, können sie mit der Option Farbe anwenden in Global Mapper Pro hinzugefügt werden. Mit diesem Werkzeug wird der Farbwert aus einem geladenen Bild entnommen und auf jeden Punkt in einer Punktwolke angewendet.

Wenn Sie schon einmal das Global Mapper-Werkzeug "Punktwolke aus Bildern" zur Erstellung einer Punktwolke verwendet haben, werden Sie feststellen, dass standardmäßig RGB-Werte angezeigt werden. Das liegt daran, dass die mit diesem Werkzeug erzeugte Punktwolke photogrammetrisch abgeleitet ist, d.h. die Quelldaten enthalten die Farbwerte der von der Drohne aufgenommenen Bilder. Denken Sie daran, dass eine photogrammetrisch abgeleitete Punktwolke keine echten Lidar-Daten sind. Beide haben Vor- und Nachteile, aber es ist gut, sich vor Augen zu halten, dass nicht alle in diesem Artikel besprochenen Attribute auf photogrammetrisch abgeleitete Punktwolken zutreffen.

Viele der in diesem Artikel besprochenen Attribute können in Global Mapper Pro visuell erkundet werden. Über das Dropdown-Menü Farbe nach in der primären Lidar-Symbolleiste stehen viele verschiedene Optionen zum Zeichnen der Punktwolke in der 2D-Hauptansicht, der 3D-Ansicht und der Pfadprofilansicht zur Verfügung. All diese Visualisierungsoptionen, kombiniert mit der Erkundung der Ebenen-Metadaten und der Verwendung des Element-Info-Tools und des Attribut-Editors.