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RIEGL Waveform-LiDAR技術和產品的推進
兩家公司,一個願景
Quantum Spatial 與RIEGL 加強夥伴關係的力度
背景
在Quantum Spatial(QSI),我們是3D雷射掃描/光達技術的早期採用者,也是北美最具規模的地理信息服務公司。我們在1995年完成了第一個光達專案,該專案使用了配備2 KHz雷射(每秒2千點)的空載系統。如今,雷射發射器通常以2 MHz(每秒2百萬點)的頻率(PRR)運行,即以快1000倍的速率運行。第一個專案使我們能夠在冬季繪製山區運輸廊道的地圖,但由於明顯的陰影和低的太陽角度,攝影測量方法被排除在外。這項嶄新的技術使道路施工可以按計劃提前一年進行,這不是傳統方法所能提供的。
2008年,我們進入了基於地面的移動製圖測繪,從而滿足了道路,鐵路和公用事業分配專案對高精度,高密度點雲和圖像的需求。這是一個很好的學習機會,因為與空載技術相比有很多相似之處,但是在設備校正,視距和GPS中斷方面引入了許多新挑戰,這對軌跡產生了影響。
2012年,隨著RIEGL VQ-820-G傳感器的推出,我們進入了淺水地形透水光打技術。再次,在這個領域中有一些挑戰和經驗教訓。增加可見光雷射(綠色)並需要飛得很低,同時又增加了對水質和底部反射率的大量需求,這帶來了更多的數據獲取工作挑戰。
佛羅倫斯颶風 關注區(AOI)
技術資產
我們所擁有的設備非常重要,因為這些工具使遙感方法能夠為客戶提供所需的答案。我們有9套地形空載光達系統;3套透水空載光達系統,4套多光譜照相機,3套高光譜儀,1套移動測繪系統和1個熱紅外感測器。隨著技術變化的步伐必須不斷投資新的感測器。除了其中兩個感測器以外,所有這些傳感器都是在最近兩年內購買的。
我們的軟體整合市售軟體以及內部創新開發團隊開發的專有軟體。這包括TerraSolid,Vexcel,RIEGL,Esri和許多其他遙感程式。
我們與許多不同的感測器製造商合作有著悠久的歷史,在我們的採購中使用他們的硬體。RIEGL是大多數地型和透水光雷達應用的首選感測器。他們一直在努力突破技術極限,其創新使我們能夠以誘人的價格為客戶提供先進的解決方案。
我們已經認識了他們的大部分研究和工程團隊。他們在開發新技術時向我們諮詢,並意識到我們的見識和經驗對他們具有重要的價值。
工作流程整合
RIEGL的軟體從其感測器硬體中提取出最大的效能。它們提供了有用的GUI,可以提取和校準各個任務和小型專案的數據。他們甚至擁有專門的工具來整合相機數據並折射測深數據。
在我們處理的專案規模上,我們發現使用RIEGL命令行界面更為有效,該界面允許使用RiPROCESS GUI中產生的優化專案參數。這使我們能夠將RIEGL處理命令整合到批次處理腳本工作流程中。這將創建一個靈活且可擴展的工作流程環境,從而提高我們的數據速度和品質。
Q-AURA: QSI採集數據更新和審查申請平台: 正追踪3個專案,包括7架以上飛機和感測器以及地勤人員。
在個別的反射/帶寬甚至航高上,沒有什麼需要來改善RIEGL軟體解決方案。但是,在進行大規模多架次專案和其他更專業的流程時,我們已經開發了內部工具來將數據處理為最高標準。RIEGL在其儀器上校準的反射率有助於提供標準化強度值,該強度值擴展了許多專案除了X,Y和Z之外,還有更多的分析。
專案案例研究
以下是最近的專案,它們是RIEGL技術的應用和所提供優點的很好的例子。
優勝美地–
關於數據品質–由於對文化的關注度很高,因此在該專案中使用VQ-1560i系列使我們能夠在特別關注的目標區上實現每平方公尺超過100 點的點密度。我們的數據分析人員能夠識別的詳細資訊包括受歡迎的攀岩牆上的攀岩裝備和空曠地區的背包客。
數據採集–在諸如優勝美地這樣的陡峭地形上使用RIEGL VQ-1560i的主要優勢來自無盲區數據採集能力,這使我們能夠在一個航高內覆蓋大範圍的地形變化。VQ-1560i的另一個重要優點是平行線交叉掃描成圖提供的不同視角。我們能夠捕捉到一些幾乎是垂直的物體上令人難以置信的細節(如我們繪製了Half Dome的垂直岩面)。最後,我們能夠利用VQ-1560i的高發射頻率獲取每平方公尺40~50點的優勝美地山谷。要是能使用新採購的VQ-1560II會更有趣,不過當我們掃描優勝美地時,新款VQ-1560II (PRR:400Mhz)還不存在,真是可惜。
Cessna安裝 RIEGL VQ-1560i
佛羅倫斯颶風–
第二個是2018年颶風佛羅倫斯之後大西洋沿岸的地形測深光達掃描。QSI與分包商一起使用了四個RIEGL傳感器(2個VQ-880-G2,VQ-880-GH,VQ-880-G +)在2019年和2020年收集了從維吉尼亞海灘到默特爾海灘的5,541平方英里的數據,包括帕姆利科和阿爾伯馬爾峽灣的後灣。在沿海各郡因COVID-19大流行而關閉時,所有這些工作都得以完成。雖然QSI只有二個VQ-880-G2透水光達,但加上從RIEGL借用VQ-880-GH ,從而可以在合理的時間內完成對大型專案區域的數據採集。RIEGL可以持續為我們提供問題釋疑,故障排除和傳感器修復,這是保持專案進展和降低成本的寶貴資源。
展望未來
Quantum Spatial提供的每個解決方案幾乎都是基於3D技術和其下游分析。包括用來繪製自然和建築環境地圖的空載光達和透水地形光達、道路、鐵路和路旁公用設施的車載移動製圖系統;攝影測量學則用於專業應用和障礙物分析;而無人載具系統,則用在較小的專案區域中實現最高的密度和精度。
在過去的五年中,我們見證了技術的飛速發展,沒有理由相信這種情況將會改變。這種增長將分為幾大類,包括:新功能,增強的性能和小型化。這三個方面都有很好的案例。第一個方法為解決舊問題開闢了新途徑。變電站應用中的熱像儀使我們能夠在出現故障之前檢測出故障組件,而在冬季,空載熱像儀拍攝使我們能夠偵測到無人居住的房屋和建築物。
在增強性能方面,過去15年中,光達系統中的近紅外雷射發射頻率已從50 kHz移至2 MHz (現為4MHz),將數據採集時間減少到了原來的幾分之一,或使得我們從直升機轉換為固定翼飛機,為高密度專案提供了顯著的效率。
最後,隨著我們轉為使用更小的無人機平台進行數據採集,所以小型化感測器至關重要。今天的無人機光達感測器提供了三年前聞所未聞的準確性和功能。我們剛剛完成了一個研究專案,在距地面250英尺高度的95%信心水準下,於路面上實現了1英寸(2.54公分)的垂直精度。這可以與車載移動測繪或地面型光達實現的成果相媲美。
雨後天晴, 攝於北卡羅來納州威爾明頓
總而言之,我們相信隨著感測器成本的不斷降低和連接性的提高,我們將在某些領域看到令人印象深刻的變化。想像有一天,我們可以透過5G和6G技術上傳大量數據,以使用AI進行分析,從而可以在多種資產設施上安裝低成本感測器以全面監視狀況,這將開始達到近乎即時的威脅或風險分析。當地面開始位移,一棵樹會使輸配電線路置於危險之中。在大火發生之前,先檢測出小火或在冬季危險道路狀況發生前被檢測,並警告駕駛員,避免發生重大事故。很快,解決方案將不受我們的想像力限制。
感謝以下作者:
Alexa Ramirez,eGIS專案經理
Colin Cooper,高級技術領域專家
Andres Vargas,技術專家