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2023.10.04
准确、效率 、一致性,是当今最佳光达传感器的要求。
这个访谈提供了NV5的内部观点。NV5是一间为全世界公共或私人客户提供技术、合格性评估和咨询解决方案的的领导供货商。这是由受访者提供的说法。

在1990年代,商用光达进入了地理空间服务领域,随着全球定位系统(GPS)的成熟和惯性导航技术的引入,它成为了一项可行的技术。NV5几乎立即进入了这个市场。我们的第一代传感器具有每秒2千赫兹的脉冲速率,虽然这与我们现今技术相比显得相形见绌。但这是一个令人印象深刻的开始。

我们从未停滞,迅速成长为现今全球最大、最有能力的光达服务供货商之一。在过去的25年里,我们不断升级我们的机载传感器,于2000年代中期增加了地面移动测绘的能力,并于2013年RIEGL首次推出的透水光达时我们就采用了。我们多元化了我们的扫描平台,除了我们的固定翼飞机,亦增加了直升机和无人机系统。几年前,我们开始整合机器人系统,将光达与可见光和热红外相机结合起来,用以对孤立地点进行远程检查。光达在我们为客户提供的服务中扮演着关键的角色。
  • 技术总览
我们的传感器令人印象深刻,我们用来将传感器数据转化为可操作的智能化众多软件也是如此。对于地面数据的扫描,我们完全依赖由RIEGL制造的传感器。固定翼飞机扫描部份,主要使用4台VQ-1560 II-S之1或是2台VQ-780 II-S。这可以追溯到2017的1560 II,而780 II的日期则是1年前。直升机和无人机平台一般是搭载了1台RIEGL VUX光达传感器。当VUX技术于2013年首次推出时,我们是早期采用者之一。此外,我们也使用了RIEGL VMX-2HA移动测绘技术。

对于水深测量作业,我们使用的传感器之一是RIEGL VQ-880G II透水光达。同样的,对于这项专业技术,我们是非常早期的采用者,当第一批商用传感器推出时几乎立刻就采购了多台传感器。
我们的软件套装包含了许多贡献者像是RIEGL后处理软件、TerraSolid的现成模块、BayesMap解决方案、Esri和由我们内部研发工程师开发的许多客制化的应用程序。

技术选择过程
多年来,我们与所有光达制造商保持密切合作,并在不同时期拥有所有供货商的传感器技术。然而,最近我们几乎专注于RIEGL的传感器,因为它们对于我们承接的各种项目中具有最佳的性能特征。

在评估技术时,我们考虑了许多因素。这包括了有效实现非常高的点密度和精确的三维精度的能力。我们也需要能够穿透茂密的植被;在测深应用中达到更大的深度;适应城市和农村计划的环境;以及在平坦和陡峭地形中表现良好。传感器的可靠性至关重要,因为在扫描过程中失去一台传感器可用,导致增加2至3周的实际成本可能对我们的项目计划造成灾难性的影响。最后,将原始数据转移至智能点云的后续工作流程必须适合我们的生产环境。
  • 系统整合
RIEGL在所有的传感器套装中一致性的使用Ri-ACQUIRE和Ri-PROCESS,让我们能无缝整合任何RIEGL传感器到我们已建立的工作流程中。对于任何新传感器的部署都需要了解一些细微差别,包括识别和调整特定于每个应用的传感器设定。此外,在部署新技术时总是会学到教训,有时这些教训总是艰难的!我们利用所获得的见解不断发展和推进我们的工作流程和最佳实践。进步的过程可能包含了对应用的传感器设定进行小幅度调整;对我们的处理算法进行细化;或者重新思考基于最新的传感器发展的整体数据扫描方式。最终,我们所拥有和营运的RIEGL传感器的广泛性让我们能为客户提供最佳的解决方案。
  • 项目简介 优胜美地(Yosemite)
光达是一种强大的遥感技术,透过分析从树顶延伸到地面的详细高程模型,对于清晰深入了解森林非常有用。这些模型具有除了树高讯息外,也包含了有关树冠密度和树枝分布等宝贵讯息。RIEGL传感器2个扫描镜分别稍微向前和向后的创新扫描模式,是在茂密植被中取得成功的理想选择。完整的资料可以让森林管理者和其他科学家能深入了解过去的火灾情况、诊断脆弱性并提高森林的恢复力。
2019年,NV5地理空间部门与森林恢复实验室(Forest Resilience Laboratory)和西雅图华盛顿大学(University of Washington, Seattle)的研究人员合作,获得了在加州内华达山脉优胜美地国家公园的高分辨率高程模型。这些数据是透过RIEGL VQ-1560 II传感器以每平方公尺60点(ppsm)的最大密度扫描的。
  • 坤布冰川(Khumbu Glacier)
坤布冰川位于尼泊尔珠穆朗玛峰的山脚下。它以地球上最高的冰川而闻名,在洛子冰壁(Lhotse Face)达到25,000英呎。珠穆朗玛峰基地营位于冰川一侧,是攀登峰顶的起点。在2019年,国家地理学会(National Geographic Society)寻求NV5地理空间部门建立一个详细的冰川时间点3D模型,以支持对于气候变化和对数百万人供水影响的科学分析。
高海拔地区对直升机的操作带来了重大挑战,因为引擎很难在更高的高度下运作。我们在海拔16,000英呎到23,000英呎的范围内,仅飞行于地表上方700英呎的高度并获取了详细的高程模型。冰川的许多部份几乎都是垂直的,我们能够将RIEGL VQ-480 II传感器安装在45度的视角上,以确保近乎完美的数据采集,特别是在崎岖的冰瀑区域。我们相信这次的数据采集创下了光达扫描的最高高度的新记录。
  • 哥伦比亚的考古发现
NV5地理空间部门为国家地理频道获取了另一个项目,但所面临的挑战与在尼泊尔遇到的挑战有显著的不同。这个地区茂密的丛林使得使用传统遥感探测技术无法获取项目区域的详细地图。同样的,我们使用低空直升机装备2台具有交叉扫描模式的RIEGL VUX-1LR,可最大程度的提升穿透茂密的树冠并准备绘制下方地面地图的能力。对于这个项目,飞行高度低至距地面仅500英呎。
考古学家藉这些资料在哥伦比亚北部发现了一些过去不为人知的遗址。这些数据也被国家地理频道用于制作《失落古城》(Lost Cities With Albert Lin)系列。
RIEGL传感器是每个项目得以成功的重要部份。对于优胜美地项目,VQ-1560 II非常适合崎岖的地形,穿透具有挑战性的植被,并且可提供相对于其他传感器保守估计20%的成本效益。VQ-480 II非常适合坤布冰川,因为它的尺寸较小,且在高达23,000英呎的极端温度下运作得非常好。使用具有交叉模式的小型VUX-1并飞行在非常低的高度,可以让我们有效穿透茂密的丛林树冠。更重要的是,我们多样化的光达传感器套装可以让我们选择正确的技术来面对每个项目的特定挑战。

3D技术的未来用途我们的规模和服务的多元性的优势之一是能够资助新技术和解决方案的研究。我们的专业人员总是会寻找更好的方法来面对挑战并密切关注3D技术的发展。

其中一些进步将会是传感器技术的进步、效率提升和新功能的结果。其他则是来自我们从数据中获得答案的方式。更高的分辨率和更好的精度可以让我们解决几年前使用遥感技术无法解决的问题。过去5年我们在人工智能和机器学习方面的进展更加令人印象深刻,并且正在解锁新的可能性。包括增加远程检查和分析的频率;将人员从危险的项目环境中撤离;或引进新的解决方案来改善我们客户的流程与其消费者的生活。未来是非常光明的。

 
图1-优胜美地项目中植被的横切面清晰地显示了从树冠顶部到自然地面的结构细节。 
 
图2-可侧向扫描的RIEGL光达装备在Eurocopter AS350B3e直升机的前方用来获取资料,珠穆朗玛峰为此次扫描提供了绚丽的背景。

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