激光雷达与摄影测量点云的区别

在 Global Mapper 软件中，激光雷达（LiDAR）点云与通过无人机摄影测量生成的点云，在外观和功能上看似相似，但二者存在显著差异。它们均可进行分类、提取特征，并且与该软件引以为傲的庞大激光雷达工具集具备同等兼容性。若不查看属性，很难区分二者 —— 其差异根源在于生成方式的不同。激光雷达能更精准地穿透植被，但自身缺乏颜色信息，且数据采集成本高于摄影测量。了解这两种数据类型的优势与局限，有助于你在 Global Mapper 中充分发挥数据的最大潜力。

无人机摄影测量可生成精准且经济的高分辨率点云，但与激光雷达相比仍有局限。

什么是激光雷达点云？

激光雷达（LiDAR，全称为 “光探测与测距”）传统上是用于地形测量的更精准数据采集方法。与摄影测量不同，激光雷达通常能穿透植被，观测到下方地面，从而生成更详细的地形与地表图像。激光雷达传感器的工作原理是向地表发射光束，再接收反射光束，通过测量光束往返的时间来计算距离。有时光束会发生 “分裂”：部分光束触达某一地表后反射回传感器，其余部分则继续传播至下一地表。这一现象会使同一束光产生多次反射信号，反射次数会作为属性保存，供后续分析使用。

树木顶部的反射信号为 “首次反射”（蓝色），其他反射信号则相互交织。无论反射次数多少，从地面反射的光信号均属于 “末次反射”。

这一特性使激光雷达数据成为在植被茂密区域，或对小型、低可见度物体 / 结构建模时，生成数字地形模型（DTM）的理想选择。下图是经过分类的激光雷达数据侧剖面图，即便在茂密林区，棕色的地面点也能清晰呈现在绿色的树木点下方。

激光雷达可穿透植被及其他可穿透结构，探测到下方地面。

什么是摄影测量点云？

激光雷达是对地形的 “直接测量”，而摄影测量属于 “间接测量”—— 它通过对重叠航空影像进行三角测量，来获取位置与高程数据（XYZ）。关键在于，摄影测量只能对影像中 “可见的区域” 进行测绘。以林区为例：在植被茂密、树冠遮挡相机视线，导致地面无法被观测的区域，无法生成地面点云。这是摄影测量最显著的局限。如需了解 Global Mapper 中的 “像素转点”（Pixels to Points）功能如何利用摄影测量数据从航空影像生成点云，可查看相关教程。

将摄影测量点云（按影像颜色着色）与激光雷达点云（按反射次数着色）进行对比可见：激光雷达可穿透植被，测绘出林地地面；而摄影测量只能测绘出树冠顶部。

无人机摄影测量的优势

在对比激光雷达与摄影测量时，后者在数据采集便捷性上更具优势。尽管便携式激光雷达设备已不断发展，但无人机影像采集仍更经济实惠，因此成为非常受欢迎的数据采集方式。这种高可及性让用户能更频繁地对区域进行测量，获取时效性更强的数据。在 Global Mapper 中，用户可利用这一优势测量地形随时间的变化（如侵蚀、生境破碎化等）。通过 “点云对比”（Compare Point Clouds）工具，可测量不同点云间的差异或检测变化 —— 该功能虽也适用于激光雷达点云，但摄影测量点云的采集频率更容易提高。

另一优势在于：无人机摄影测量点云源自影像，因此会自动包含被测地表的颜色信息（RGB 值）。带颜色的点云更易于视觉判读和分类，生成的成果也更具视觉吸引力。激光雷达点云的颜色可通过图像手动添加，但这些颜色未必能反映激光雷达数据采集时地表的真实颜色。

未来，技术进步或将使无人机搭载式、支持颜色信息的激光雷达传感器更经济、更易获取，但就目前而言，摄影测量仍在这一数据领域发挥着重要的补充作用。

文章部分内容来源Global Mapper官网

公众号：GIS高等教育

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