Лидар или фотограмметрия: что выбрать для геодезии и горных работ

Лидар измеряет расстояние напрямую. Сканер посылает короткие импульсы лазерного света; время прохождения каждого отражения даёт расстояние, а GNSS и инерциальная система дают положение и ориентацию сканера, так что каждое отражение становится 3D-точкой. Один импульс может дать несколько отражений — от полога, от ветвей и от земли под ними, — и формат LAS записывает, каким по счёту отражением была каждая точка.

Фотограмметрия измеряет косвенно. Перекрывающиеся снимки одной местности сопоставляются обработкой structure-from-motion, которая восстанавливает, откуда сделан каждый снимок, а затем 3D-положение каждой сопоставленной детали. Она измеряет то, что видит камера, — текстуру при освещении — и даёт цвет в придачу.

Это главное практическое различие. Лидарные импульсы проходят через просветы в пологе, и часть из них достигает земли; классификация этих отражений как «земля» и даёт DEM «голой земли». Фотограмметрия видит только верхнюю поверхность: под сомкнутым пологом она измеряет листья, и никакая обработка не восстановит землю, которую она не видела. Стандарты точности карт USGS отметили то же ограничение ещё десятилетия назад: участки густого леса — исключение, потому что аэрофотоснимки не дают там нужной детальности.

На открытых объектах — карьерах, штабельных складах, земляных работах — разница почти исчезает, поэтому в таких съёмках и преобладает фотограмметрия.

Фотограмметрии нужна текстура. Однородные поверхности — свежий асфальт, снег, песок, спокойная вода — дают сопоставлению мало зацепок и получаются шумными или с дырами; движущиеся объекты и глубокие тени тоже мешают.

Лидару нужно отражение. Вода почти ничего не возвращает топографическому лазеру — поэтому водоёмы в лидарных DEM выравнивают структурными линиями, — очень тёмные или мокрые материалы отражают слабо, а любая ошибка положения или калибровки сканера попадает прямо в каждую точку.

Оба метода могут дать высоты сантиметрового уровня на хорошо обеспеченной съёмке, и оба могут сильно ошибиться на плохо обеспеченной. В фотограмметрии точность зависит от размера пикселя на местности, перекрытия, опорных точек или позиционирования RTK/PPK и текстуры поверхности. В лидаре — от решения траектории, калибровки между сканером и инерциальным блоком и точности измерения дальности. Судите о любом из них по независимым контрольным точкам, а не по отчёту обработки.

Лидар даёт облако точек, обычно в LAS или LAZ, с интенсивностью и — если летала и камера — цветом; оно классифицируется на землю, растительность и здания, и из него получают DTM «голой земли» и модели поверхности. Фотограмметрия даёт плотное облако точек, модель поверхности, ортофотоплан и часто текстурированную сетку. Фотограмметрическое облако тоже можно классифицировать, но под растительностью точек земли в нём просто нет.

Для карьеров и штабельных складов фотограмметрия обычно даёт ежемесячной съёмке всё нужное — поверхность, объёмы и ортофотоплан, на котором можно чертить, — с более дешёвым оборудованием. Выбирайте лидар там, где растительность скрывает землю: съёмки перед вскрышей на залесённых участках, коридоры автодорог через кустарник, участки рекультивации и исследования водоотвода на заросших склонах. Многие команды, у которых есть оба варианта, регулярно летают фотограмметрией, а лидаром — там, где этого требует полог.

STREAM не обрабатывает сырые снимки и лидарные траектории; он работает с их результатами. Он открывает LAS и LAZ обоих методов, потоково читает большие файлы частями и строит DEM «голой земли» по точкам класса «земля», модель поверхности по всем точкам и ортофотоплан по цвету точек. DEM и ортофотопланы фотограмметрии загружаются напрямую как GeoTIFF. Дальше объёмы, горизонтали, поперечники, уклоны и изменения между съёмками работают одинаково, какой бы датчик ни летал.