在 Global Mapper 中处理卫星影像数据

当太阳照射时,它向地球提供电磁辐射,我们将其中的一部分探测为光。不同的材料、表面和特征以不同的方式反射这种能量。最常见的电磁辐射范围是可见光——我们的眼睛检测到并用来感知我们周围可见世界的光——它的波长介于 380 到 720 纳米之间。电磁辐射的全光谱跨越许多波长,这种能量的特定范围会产生某些影响或用于特定目的。例如,导致晒伤的紫外线的波长为 300 至 380 纳米,而 X 射线使用的能量更短,波长为 0.03 至 300 纳米。在光谱的另一端,微波辐射的波长约为 1 毫米至 30 厘米。

卫星数据是通过记录特定波长范围内反射和发射的电磁辐射来创建的。当地球轨道卫星经过一个区域时,先进的传感器会记录从地球表面发射和反射回太空的能量。该数据最终以光栅格式提供,每个像素代表不同的辐射反射率值。

卫星收集的数据将反射能量范围按波长划分为同一景图像的的不同层。这些层中的每一个都被称为一个波段,每个波段都可以是一个单独的栅格层,每个像素都有一个值。卫星数据的一个常见数据源是 Landsat 8/9 (OLI),它使用以下波段名称来区分不同波长的电磁辐射的反射率。

波段波长应用
Band 1 – coastal aerosol0.43-0.45沿海和气溶胶研究
Band 2 – blue0.45-0.51水深测量,区分土壤和植被以及针叶植被落叶
Band 3 – green0.53-0.59强调植被反射高峰,这对于评估植物活力很有用
Band 4 – red0.64-0.67区分植被坡度
Band 5 – Near Infrared (NIR)0.85-0.88强调生物量含量和海岸线
Band 6 – Short-wave Infrared (SWIR) 11.57-1.65区分土壤和植被的水分含量;穿透薄云
Band 7 – Short-wave Infrared (SWIR) 22.11-2.29改善的土壤和植被的水分含量;穿透薄云
Band 8 – Panchromatic0.50-0.6815米分辨率,更清晰的图像清晰度
Band 9 – Cirrus1.36-1.38改进了卷云污染的检测
Band 10 – TIRS 110.60-11.19100 米分辨率、热成像和估计的土壤湿度
Band 11 – TIRS 211.50-12.51100 米分辨率、改进的热成像和估计的土壤湿度
来源:What Are the Best Landsat Spectral Bands for Use in My Research?(USGS)

Landsat 8 和其他卫星收集的数据可以从美国地质调查局托管的数据下载门户 EarthExplorer 下载。 Global Mapper 中的在线数据源对话框包含指向 Imagery 文件夹中 EarthExplorer 的直接链接。连接到此源将在 Web 浏览器中启动 USGS EarthExplorer 下载站点,并使用 Global Mapper 的当前屏幕边界作为数据下载的感兴趣区域,从而轻松查找和下载项目区域的卫星数据。

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在Global Mapper中连接landsat8影像数据源后,浏览器将自动打开下载网站,并按Global Mapper地图窗口的范围作为感兴趣区域进行搜索,加快了下载过程

创建多光谱图像

将不同波段的单波段数据组合到一个单一的多光谱图像可以显示一个区域的更多细节。在 Global Mapper V24之前的版本,多光谱图像是通过加载多个单独的波段并将它们导出为多波段图像来创建的。在Global Mapper V24.0版本中,我们可以直接使用图层菜单下的从单波段创建多波段图像的命令来实现,大大简化了操作流程。

要从单独的波段获得自然彩色图像,在合成过程中选择红色、绿色和蓝色波段并按R、G、B顺序合成。这种自然色图像比较接近我们在肉眼从高空看到的地表色彩。

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来自 Landsat 8 数据的红色、绿色和蓝色波段(波段 4、3、2)组合生成的自然颜色的卫星图像

叠加近红外、红色和绿色波段会创建一个特定的假彩色图像,通常称为彩色红外图像。由于已知在健康植被中发现的叶绿素会反射近红外光,因此该波段组合可用于识别健康植被。

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 Landsat 8 数据中合成波段 5、4、3 以生成近红外图像。在这个结果中,红色区域表示健康的植被。

虽然只有三个波段的数据将用于显示图像,但 Global Mapper 可以导出包含特定区域所有波段的多波段数据文件。将七个常用波段导出到单个多波段文件,可以在“多波段图层设置”对话框中更改和配置波段顺序。

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在合成的多波段图像图层选项对话框中更改合成的RGB波段顺序,波段设置选项卡为常见的卫星数据源提供了许多预定义的波段组合。假彩色组合 6、5、4 可用于农业分析,因为它可以清楚地显示绿色的植被区域和粉红色和洋红色的贫瘠区域。

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图像融合(Pan Sharpening)

与航空影像相比,卫星数据的采集分辨率通常较低一些。上面显示的 Landsat 8 数据的空间分辨率为 30 米,这意味着每个像素代表 30 米 x 30 米的地表部分。 Landsat 卫星还以 15 米的分辨率收集全色波段数据,该波段采集的波长范围更长,所以空间分辨率更高一些。

在Pan sharpening融合过程中,更高分辨率的全色波段与的多光谱彩色图像一起使用,以增强多光谱图像的细节。这个融合可以通过分析菜单下的pan sharpen imagry命令很方便的完成,此过程软件也提供了多种的融合算法。

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多光谱图像与全色波段融合前后的对比效果

直方图匹配

直方图匹配是Global Mapper V24.0中栅格图层选项中新增的一项设置,它使用来自一层影像的彩色波段直方图来调整所选图层的显示。这样,相邻和重叠的图像层更加无缝地融合在一起。当用户希望对使用不同设备或在不同日期收集的图像图层进行拼接时,这尤其有用,这在全球卫星图像或多次飞行的无人机摄影测量中很常见。

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调整前
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调整后

栅格计算(波段运算)

除了上述将单波段图像合成不同类型的彩色图像进行显示之外,各个波段还可以在 Global Mapper 的栅格计算器中进行运算以提取更多信息。由于不同的地表和地物具有不同的光谱特性,因此科研人员可以利用这种特性对不同的波段进行组合运算也达到提取特定信息的目的。比较常见的有NDVI(植被归一化指数),用多光谱图像的近红外波段和红波段利用如下公式计算得出:NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)。归一化植被指数是反映农作物长势和营养信息的重要参数之一。根据该参数,可以知道不同季节的农作物对氮的需求量, 对合理施用氮肥具有重要的指导作用。

栅格计算器为常见计算提供了许多预定义的公式,还允许输入自定义公式和数学表达式来创建新的栅格图层。

另外一种比较常见的指数是NDWI—归一化差异水指数,用遥感影像的特定波段进行归一化差值处理,以凸显影像中的水体信息。在以下示例中,利用Landsat 8 数据的绿色和近红外波段用于计算某个区域的归一化差异水指数 (NDWI)。

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在 Global Mapper 栅格计算器中选择 Landsat 8 NDWI 公式,并将公式 B3 和 B5 中设置对应的波段。
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NDWI 使用从 -1 到 +1 的等级来指示环境中是否存在水。以蓝色显示的正值表示该场景中的水体

了解不同地物的波谱特性,可以借助USGS提供的光谱特征查看器,该交互式工具可用于可视化不同卫星传感器的波段或通道如何测量多种波长(颜色)的强度(这也称为相对光谱响应Relative Spectral Response-RSR)。光谱特征查看器允许用户确定哪些卫星波段最适合其研究应用。

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        如果您想在Global Mapper中进行卫星数据处理和分析,欢迎下载免费试用,如有任何问题,请联系我们

Global Mapper®是Blue Marble Geographics®开发的一款先进的GIS软件,它为新手和经验丰富的地理空间专业人员提供了一系列全面的空间数据处理工具,支持访问300多种数据格式。这个简单易学的软件包括一整套矢量和栅格编辑工具、广泛的分析功能、强大的3D数据可视化,以及一个用于外业使用的移动应用程序。

Global Mapper Pro®是一个全面且易于使用的GIS应用程序,它提供了广泛的工具集合,用于数据创建、编辑、高级2D和3D分析、工作流自动化的脚本方法以及扩展的文件格式支持。它还提供先进的点云处理工具,包括Pixels to Points®,用于根据重叠的无人机捕获图像创建摄影测量点云、自动和手动点云分类和特征提取、水体置平等。

【视频教程】山体阴影增强技术

在地图制图中,无论是2D和3D地图,叠加DEM生成的山体阴影会使地图变得非常直观,具有三维立体效果。之前我们曾介绍过一些这方面的案例:

当前很多GIS应用都能一键式快速生成山体阴影,常规的需要设置的参数就是太阳高度角、光源方向、垂直夸张系数。常规GIS软件算法基本一致,即按像素根据坡度和朝向计算亮度值,不会考虑其它因素(如环境光的影响,详见【ECartoRender】地貌晕渲解决方案),与传统人工费时费力生成的山体阴影相比,计算机自动生成虽然效率大幅提高,但效果往往不能完全满足要求。
如同在制图中我们需要对矢量数据进行综合化简和整理一样,我们同样需要对DEM及其生成的山体阴影成果进行综合化简和增强处理,以往我们往往把大部分的精力放在矢量数据的制图编辑上,DEM或山体阴影的处理比较少,一方面由于软件提供的这方面处理能力比较少,另一方面我们觉得地形本应该尽量符合实际。然后从制图美学方面考虑,我们需要对DEM或山体阴影进行一些必要的处理和增强。

关于DEM及山体阴影的编辑处理涉及很多的方面。有时我们需要将特定的地形区域突出(拉高或降低,这时需要对DEM数据进行预先处理);有时需要进行不同分辨率的融合使高山地形具有更好的可读性;有时需要模拟人从高空俯看地面时近处(高山)清晰、远处(低谷)模糊的效果( 瑞士著名制图学家Eduard Imhof提出),等等。与专业GIS软件相比,通用的Adobe Photoshop以及3D渲染软件(如Blender)在视觉增强方面具有优势。

以垂直夸张系数为例,山体阴影制作中一般需要设置高程夸张以突出地形的反差,但是也有矛盾不能解决,假如设的比较高,虽然地形反差有了,但是阴影区的地形细节就损失了,反之,高程夸张值设的比较低,阴影区的地形细节出来了,但是高差不明显。

本文提供了几种山体阴影增强方法,一是将两个不同垂直夸张的山体阴影进行透明度叠加,使合成的山体阴影既能反映阴影细节,又具有较好的高差效果。二是采用坡度晕渲增强山体阴影,相当于前一种方面的变体。三是给山体阴影向光面进行着色,产生山体阴影的光照效果,希望对大家有所启发。不足之处,敬请谅解。

使用的软件有:

(山体阴影细节增强和坡度增强)
(山体阴影光照着色效果)

参考文献:


1、KD Brown,Creating Slope-Enhanced Shaded-Relief Using Global Mapper

2、Tom Patterson,Mike Hermann,Creating value-enhanced shaded relief in Photoshop

3、Tom Patterson,See the light: How to make illuminated shaded relief in Photoshop 6.0

4、Tom Patterson,DEM Manipulation and 3D Terrain Visualization: Techniques used by the U.S. National Park Service

Global Mapper V22的【5大新功能】

Global Mapper v22已于今年9月份发布,与所有以前的版本一样,版本22在软件各个方面中引入了广泛的新功能和更新功能。首先看一下它的一些最重要的新功能,本文着重介绍了Global Mapper v.22的前五项新功能:

Global Mapper是一款先进的GIS软件应用程序,可为新手和经验丰富的地理空间专业人士提供全面的空间数据处理工具。不久前发布的V22版本的亮点包括3D查看器中的新Eye Dome Lighting设置,以帮助改善矢量和激光雷达数据的视觉显示;简化Mesh或TIN的新工具;用于分析重叠矢量特征之间关系的新Spatial Operations工具;用于测量两个或多个激光雷达,栅格/图像和/或地形层之间的重叠的新选项,新的合并的Digitizer菜单(可方便地访问所有绘图和数字化工具)以及许多其他新功能。

  • 3D浏览设置中的新的Eye Dome 照明设置选项有助于改善矢量和激光雷达数据的视觉显示;

尽管说点云数据在3D查看器中看起来很“平”可能并不准确,但有时倾斜查看时很难分辨纹理或深度,尤其是在静态视图中。这个问题的解决方案是新的Eye Dome照明功能。 3D Viewer中的此新显示选项通过使某些点的渲染变暗以增强纹理的视角来增强深度感。

观看此新工具在3D视图中显示点云的效果的最佳方法是在启用Eye Dome Lighting功能之前和之后查看一些激光雷达数据:

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  • 一种新的简化网格(mesh)或不规则三角网(TINs)的工具;

网格简化工具会组合网格特征的三角形面(如果它们对场景的形状没有显著贡献)以简化和减小其尺寸。该工具通过消除三角形边界并根据指定的方法放置替换顶点来减少网格中的面或顶点的数量。此过程尝试保留尽可能多的网格形状和边界,同时显著减少在Global Mapper或其他3D工具中使用网格或TIN的大小和内存要求。

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未简化的Mesh
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简化后的Mesh
  • 新的空间操作工具,用于查找两个面要素图层的相交;

新的空间运算工具对面要素执行矢量叠加过程,以查找两个区域层的交集。通过将此工具与按位置或属性进行选择相结合,或者在各个图层上重复进行,您可以执行详细的分析来确定多个要素共存的位置。例如,相交操作通常用于适应性分析中,以找到满足两个或多个条件的位置。

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  • 一个新的“分析”菜单选项,用于查找两个或多个LiDAR、栅格/影像和/或地形图层之间的重叠(百分比和图形显示);

可以从“Analysis(分析)”菜单访问新的“Find Overlap Between Lidar/Raster/Terrain Layers ”工具。该工具会生成一个报告,显示各层之间的重叠百分比。它可以选择创建一个显示重叠区域的新栅格图层——简单而有用!例如,我们可以使用该工具分析和检查两景两邻无人机影像的重叠度。

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  • 新的Digitizer(数字化)菜单可方便地访问所有数字化功能;

Global Mapper具有强大的矢量创建和编辑功能,这一优势终于分配了一个专门的菜单。长期使用该软件的用户见证了Digitizer右键菜单的不断扩展和重组,并且经常可能很难找到特定的工具。幸运的是,那些日子已经一去不复返了。

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Global Mapper还有更多功能!Global Mapper包括更多的数据编辑,渲染和分析工具,并支持300多种格式的地理空间数据,使其成为市场上功能最多且可互操作的应用程序。如果您不熟悉Global Mapper,请立即下载试用。如果您想了解该软件如何解决您独特的需求,可以联系我们进行演示或试验。

Global Mapper——功能强大且价格合理的GIS软件。

【免费,优质GIS数据】:Global Mapper在线数据访问

在GIS行业,Global Mapper以无可比拟的数据格式支持能力,被誉为“格式转换之王”,如下图所示,Global Mapper支持300种以上的数据格式(查看支持格式列表)。今天我们要介绍Global Mapper另一个被广大用户所喜爱的特点——内置丰富的免费、优质GIS数据源。

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启动任何一个GIS项目都离不开数据,有时我们有一些基础的数据文件,但是呈现给客户还不够,那么,哪里可以进行在线数据访问来获取其他高质量数据呢?

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Global Mapper™中的在线数据访问提供对100多种内置的影像和地形数据源以及地形图、地质图和土地覆盖图的流式访问。

Global Mapper的在线数据访问

幸运的是,Global Mapper内置的大量免费的在线数据可以随时加入到项目当中,Global Mapper中的在线数据服务提供对100多种内置的影像和地形数据源以及地形图,地质图和土地覆盖图的流式访问。

随着越来越多的数据源免费公开,访问在线的栅格数据是一件很常见的事,毕竟,我们不时会去下载使用Google地球或其他在线数据源的数据。Global Mapper的独特之处在于,您可以访问多个来源的全球地形数据。这些不是预先渲染的山体阴影,而是原始地形数据本身,可以在任何需要数字高程模型的项目中使用,例如等高线生成,视域分析,路径剖面,三维显示和流域分析等等场合。

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Global Mapper的独特之处在于,您可以访问多个来源的全球地形数据。

我们已内置访问以下地形数据源的权限,这些数据源以超高效的GMG(Global Mapper Grid)格式托管在我们的服务器上,以实现最大访问速度:

  • SRTM 1-arc-second (30m) – 全球地形数据 (两极地区除外)
  • SRTM 3-arc-second (90m) – 全球地形数据 (两极地区除外)
  • ASTER GDEM 1-arc-second (30m) – 全球地形数据 (包括大部分两极地区)
  • USGS NED 1/3rd Arc Second (10m) Resolution –整个美国大陆的地形数据
  • US 3DEP 10m Resolution – 覆盖全部美国范围(包括夏威夷和阿拉斯加)

对于在环境和风力发电行业的用户,我们已经切片并托管了许多用于流式服务的土地覆盖数据集,包括欧洲的CORINE数据,美国的NLCD数据以及全球的ESA CCI数据。NASA GIBS(Global Imagery Browse Services)数据源提供来自多个NASA卫星传感器的每日更新,使您可以获取全球范围内的图像,雪和海冰覆盖以及任何所需日期的温度数据等信息。您可能需要加载几个不同的日期并使用”卷帘”工具比较不同时间的状态,或者您可能希望使用“Global Mapper”中丰富的GIS分析工具(栅格计算,体积计算等)进行一些更复杂的变化检测分析。

将您自己的数据源添加Global Mapper

尽管Global Mapper具有多种内置源,但我们无法包含所有可用的流数据源。我们在“在线数据”对话框上提供了一种机制,可以将您自己的源添加到内置列表中,从而使您像其他任何源一样可以从中流式传输数据。Global Mapper支持所有OGC标准数据源类型,例如用于流式栅格地图的WMS / WMTS,用于矢量数据集的WFS和用于为指定区域下载单个数据文件的WCS。预先切片的图像和地形数据集也可以使用OSM(OpenStreetMaps)、TMS(Tiled Map Service)和Google Maps瓦片架构支持。您只需要选择适当的源类型并提供来自数据提供者的服务URL,Global Mapper即可处理剩下的工作。

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可以将您自己的web源添加到内置列表中,从而使您像其他任何源一样可以从中流式传输数据,您只需要选择适当的源类型并提供来自数据提供者的服务URL,Global Mapper即可处理剩下的工作。

最后,如果您有自己的数据集要作为web数据源托管,Global Mapper提供了一种将数据输出web瓦片,以便其他的GIS软件可以处理。Web导出选项允许您使用适当的文件夹和文件名结构将任何已加载的数据导出到JPG或PNG切片,以便上传到服务器以在内部或外部网络上进行流式访问。甚至还支持使用GMG(Global Mapper Grid)切片创建OSM切片集,因此您可以在Global Mapper中创建自己的流式地形(或其他网格数据)数据源。用户创建的流媒体源为您提供了一次托管数据的方式,使您的同事和客户可以快速浏览数据,而无需下载大量GB(或TB)的数据。

除了免费的数据源,Global Mapper也内置了一些高级的数据源需要账号(收费)才能登录,如NEXTMAP for Global Mapper系列高程数据,21.1版本新增的Blackbeard石油和天然气数据等。

我们会不断添加默认的免费在线数据列表。请及时更新您Global Mapper版本,以便您始终拥有最新数据和最快的使用方式。

北京易凯图科技有限公司作为Blue Marble Geographics在国内的唯一授权合作伙伴和Global Mapper技术服务提供商,可以为国内各行业用户提供官方的正版授权和良好的技术服务。

点击这里可以下载Global Mapper免费试用。

在Global Mapper中使用NEXTMap全球高精度DSM/DTM数据

NEXTMap for Global Mapper年度订阅

Intermap和Blue Marble合作,让用户可以直接在Global Mapper中直接访问全球最大的高程数据数据库!
> 即时访问整个地球1.6亿多平方公里的高分辨率NEXTMap高程数据
> 在功能强大的Global Mapper软件中进行详细的地形分析(如生成等高线、流域分析、视线/视域分析、体积计算、填挖分析、飞行录制、地形变化对比等);
> 部分地方可提供1m分辨率的高程数据,具有建筑级别的细节(如下图所示);
> 获取数字表面模型(DSM)和数字地形模型(DTM);
> 按年订阅,低成本,简单;
> NEXTMap高程数据会不断更新,获取最新数据以确保您对项目的信心。

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说明:
>本产品按年收费,如果您具有5个以上用户或是想开通企业账户,可以有相应的折扣,请联系我们
>数据仅限在Global Mapper程序内使用,不能导出以在其他软件包中使用;
>本产品价格不包括Global Mapper许可,如需购买Global Mapper软件,请
联系我们
>高分辨率数据(1m)目前并非在所有地区都可用。1米/6米/10米覆盖范围请见DSM覆盖范围 DTM覆盖范围
>目前NEXTMap World10(10米)为全球覆盖,NEXTMap One(1米)/NEXTMap 6m(6米)为计划全球覆盖,可以按订单进行生产,如需订购实体数据,请联系我们
>本订阅产品与Global Mapper版本v20.0及更高版本兼容。
>订阅包括每个用户每月可访问50,000个map tiles(1个map tiles大致为4Mb数据量,相当于一个月200G左右,对于多数用户来说,这个数据量是完全可以满足需求的)。

数据覆盖范围(持续更新中)

全球DSM覆盖范围(黄色代表1米覆盖,绿色代表6米覆盖,红色代表10米覆盖,10米为全球覆盖)nextmap for global mapper coverage-DSM.png全球DTM覆盖范围(黄色代表1米覆盖,蓝色代表6米覆盖,红色代表10米覆盖)nextmap for global mapper coverage-DTM.png中国及周边地区DSM数据覆盖情况中国及周边DSM覆盖情况.png中国及周边地区DTM数据覆盖情况中国及周边DTM覆盖情况.png

样例
北京6米DSM/DTM效果
北京-6M DSM-DTM-final.jpg
北京城区洪水分析(水面高为50米)洪水淹没分析(50米).png香港维多利亚港周边6米DSM/DTM效果香港DSM-DTM-final.jpg广西桂林6米DSM/DTM效果桂林DSM-DTM6M-final.jpg内蒙古锡林郭勒盟DSM/DTM效果(10米)内蒙古锡林郭勒盟10M-final.jpg

NEXTMap Vs SRTM
以下我们以湖南衡阳地区,缩放到不同的比例尺下,对比NEXTMap与开源的SRTM数据的对比截图:(显示比例尺约为1:74万)(显示比例尺约为1:24万)(显示比例尺约为1:14万)

Global Mapper在线数据源集成USGS 3DEP数据

Global Mapper新的在线数据源提供全美国高分辨率高程数据服务

3D高程计划(3DEP)是USGS发起的一项工作,旨在收集和处理LiDAR数据并将其连同其衍生产品一起公开提供。现在免费提供3DEP高程数据(DEM)以及几个补充栅格图层,可以供Global Mapper 20.0及更高版本的用户使用。3DEP服务由来自许多不同来源的数据组成,其水平分辨率高达1米。

为了说明数据的质量,以下屏幕截图将左侧的3DEP数据与相同覆盖区域的10米国家高程数据集(NED)进行了比较。

Fort George, Castine, Maine
Bradbury Mountain State Park, Maine
Acadia National Park, Maine
Near Lake Arthur, Louisiana
Grand Tetons National Park, Wyoming. Rendered with a Customer Shader
Zion National Park, Utah
Point Loma, San Diego, California. Rendered with the Slope Shader

如果当前使用的是Global Mapper的20.0版本或更高版本,则可以访问“在线数据源”列表中的3DEP数据。导航到“地形数据”部分,然后选择“ USGS 3DEP高程”。

有关3DEP当前状态和未来计划的更多信息,请访问www.usgs.gov/core-science-systems/ngp/3dep

使用Global Mapper进行无人机处理

无人机拥有量的快速增长给一些潜在的飞行员带来了一个有趣的困境。购买了硬件并收集了一些数据后,许多人通常不清楚它们到底可以做什么?在过去的几年中,我参加了几次针对无人机的贸易展览,我经常被问到的一个问题是:“我可以使用Global Mapper做什么?”答案:很多事情。

  • 制定初步飞行规划

在按下启动按钮之前,最好对项目区域进行虚拟勘查。附近有什么可能的障碍物,地形特征是什么,附近有没有建筑物或其他设施可能会有阻碍飞行,覆盖面积是多少?通过将相关数据加载到Global Mapper中并进行一些基本的飞行前分析,可以回答这些问题以及更多问题。软件内嵌的免费在线数据服务包括高分辨率的航空影像、数字高程模型(DEM),航空图和地形图。Global Mapper的绘图工具可用于勾勒项目现场的范围,以确定覆盖范围,并起草初始飞行计划以优化数据采集过程。所有这些数据都可以传输到运行Global Mapper Mobile的iOS或Android设备,以便对飞行计划参数进行现场检查。

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Global Mapper中免费提供的在线数据服务包括高分辨率的航空影像,数字高程模型(DEM),航空图和地形图等。
  • 地理图像浏览

无人机的最基本功能之一就是拍照,正如我们将在下面讨论的那样,在有足够重叠的情况下,可以将这些图像处理为3D场景。在继续使用此高级功能之前,可以将图像本身作为像片点加载到Global Mapper中以创建地理相册。通过读取嵌入在图像文件中的坐标值,每张照片的拍摄位置均在地图视图中用相机图标表示。使用Global Mapper的“要素信息”(Feature Info)工具,点击像片点将使用计算机的默认图像查看器显示每张照片。在3D查看器中查看时,相机图标将显示在地面上方,从而显示每张图像拍摄时精确的无人机高度。

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可以将图像本身作为像片点加载到Global Mapper中以创建地理相册。通过读取嵌入在图像文件中的坐标值,每张照片的拍摄位置均在地图视图中用相机图标表示。

  • 3D重建

从Global Mapper的19版本开始,Pixels-to-Points工具已集成到可选的LiDAR模块中,该工具可用于分析一系列重叠的图像以创建环境的3D场景。这个强大的组件可识别多张照片中像素的重复特征,并采用摄影测量的基本原理来确定相应表面的三维结构。尽管底层技术原理非常复杂,但用户的体验却非常简单,继承了Global Mapper简单易用的特点。只需加载图像,为相机系统应用必要的设置,如果需要可添加地面控制点,单击“运行”按钮,然后等待其创建高密度点云,并可在需要时同步创建3D模型。像素到点工具的功能将无人机获取的简单图像文件转换为可用于无数3D分析过程的数据。

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像素到点工具的功能将无人机获取的简单图像文件转换为可用于无数3D分析过程的数据集。
  • 正射影像制作

上述点云生成过程的一个副产品是创建正射影像的选项。正射影像定义为栅格图层,其中每个像素的坐标在地理上都是正确的,正射影像是通过将点云中的RGB值网格化而生成的。鉴于其内在的准确性,此2D图像层可用于精确测量或用作数字化或绘图操作的基础图层。

  • DTM创建和地形分析

如前所述,像素到点功能生成的点云可作为Global Mapper中众多分析过程的数据源。与任何未处理的数据集一样,在着手任何有意义的工作流程之前,需要进行一些质量检查,清理和处理。幸运的是,该软件提供了大量的编辑和过滤选项,包括噪声点去除、空间裁剪、地面点识别和自动重分类。分类出代表地面的点后,将使用网格内插工具来创建数字地形模型(DTM),该模型是描绘地面的3D栅格图层。反过来,此地形层可用于创建自定义等高线、计算体积、划定分水岭、进行视线/视域分析,以及在有先前创建的DTM情况下,则可以进行地形变化检测。

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Global Mapper可以从点云数据生成数字地形模型(DTM)
  • 视频回放

除了捕获静止图像外,大多数无人机还配备了必要的硬件来记录视频。除了简单的娱乐用途之外,此功能还适用于建筑物或资产检查,战略侦察,林业检查以及在其他需要远程视角的其他情况下使用。Global Mapper包括一个嵌入式视频播放器,它将在地图窗口中显示无人机的相应位置的同时播放此录像。位置的确定是根据飞行过程中记录的轨迹文件中记录的每个顶点的时间戳得出的。将该文件加载为线路特征并将其与相应的视频文件关联后,可从Digitizer的右键菜单中启动播放。

  • LiDAR处理

不久之前,由于所需设备的尺寸和重量,人们普遍接受激光雷达的采集只能使用有人驾驶飞机进行。这个简单的事实导致了LiDAR收集过程的高成本和物流方面的挑战。如今,LiDAR设备的小型化已达到许多大型无人机的有效负载能力之内。鉴于飞机的飞行范围有限,无人机收集的LiDAR仅适用于小型的局部项目,但是它确实允许频繁地重新飞行项目地点,因此非常适合进行变化检测。Global Mapper以及随附的LiDAR模块提供了用于处理LiDAR数据的多种工具。如前所述,在创建用于地形分析的表面模型之前,可以对点进行过滤和编辑。与摄影测量创建的点云数据相比,LiDAR提供了更完整的非地面特征(如建筑物,电力线和树木)的三维表示。LiDAR模块提供了一组用于识别、重新分类点云数据和提取这些特征为相应矢量对象的工具。

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Global Mapper LiDAR模块提供了一组用于识别、重新分类和提取这些特征作为矢量对象的工具

从根本上说,无人机和地图有很多共同点。两者的目的都是为了提供对感兴趣区域的遥远的感知,并使我们能够看到数据中的空间分布和模式。因此,无人机的主要功能之一就是提供可用于创建地图和其他空间数据集的数据。Global Mapper非常适合此类工作流程,它提供了可供无人机操作员使用的大量工具。

(原文:David McKittrick,编译:陈春华)

LiDAR点云 & 摄影测量点云(PhoDAR)

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使用Global Mapper的“像素到点”工具创建的3D mesh 显示在2D和3D视图中

虽然LiDAR和PhoDAR都是3D点云格式,但是创建每种格式的过程完全不同。其采集(生成)过程的性质决定了数据的结构特征及其对特定应用的适用性。

在本篇博客文章中,我们介绍了两种采集方法之间的差异,以及其理想用途之间的一些不同。

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截图显示了Global Mapper中常规LiDAR数据以高程进行可视化的效果
LiDAR – 优势

  • 主动采集过程

点云中的每个3D点都是实时采集和处理的。

  • 多次回波数据

每个点都包含一系列有用的属性数据,包括回波强度,回波计数和分类信息(后期处理添加)。

  • 数据共享

数据结构已经标准化,为数据共享和互操作性提供了最佳条件。

  • 大区域测量

安装在飞机上的扫描仪可以相对较快地测量大面积的地理区域。

  • 紧凑型设备

与早期的LiDAR硬件不同,扫描仪现在相对紧凑,甚至可以安装在无人机上。

  • 地面(地形)探测

LiDAR可以穿透树叶和类似的障碍物,从而提供目标区域的完整3D表示。即使在森林茂密的地区,也可以进行地面探测。

  • 快速发展的技术

例如,Geiger模式LiDAR(相对于传统的linear模式LIDAR)可以提供100 / sqm或更高的点密度。

  • 精确性

这些点在理论上更准确,尤其是其高程值。

  • DTM生成

LiDAR是生成数字地形模型的理想之选,因为与摄影测量法不同,LiDAR可以“穿透”到地面。

LiDAR – 不足

  • 高成本

传统的激光雷达需要有人驾驶飞机来容纳必要的硬件。

  • 对飞行条件的敏感性

LiDAR采集需要极佳的飞行条件。飞机的高度和速度也会影响点密度。

  • 异常识别较差

原始LiDAR无法识别数据中的异常(例如飞行路径下方的鸟类)。

  • 处理不一致

遇到被错误分类的公开提供的LiDAR文件并不少见。

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左侧为摄影测量生成的点云,右侧为该基于该点云创建的3D模型
PhoDAR – 优势

  • 技术门槛低

这是一种使用成本低至万元的硬件创建点云的更便捷的方法。

  • 按需&多样化的采集方式

可以在相对较小的区域内按需采集数据,进行最少的预先采集规划。

  • 更高的点云密度

点密度通常比传统的LiDAR大很多。

  • 数据可分类

摄影测量点云虽然本身不是LiDAR,但可以应用分类,并且可以导出到las或laz文件。

  • 栅格赋色的点云

每个点都会自动继承相应图像的颜色。

  • DSM生成

因为它无法像LiDAR一样穿透植被,因此非常适合生成数字表面模型。

PhoDAR – 不足

  • 需要有特征要素(地物)

从图像获取点云需要在相应的区域具有明显的可见特征。

  • 要求表面纹理具有多样性

当图像的表面纹理缺乏多样性(例如沙漠地区或大型停车场的表面)时,摄影点云的生成效果不佳。

  • 需要充足的光线

与LiDAR不同,摄影测量法取决于充足的环境光线。生成点云需要清晰的图像,因此在弱光照条件下拍摄图像并不理想。

  • 不宜进行地表探测

摄影无法像LiDAR一样“穿透”树冠。

  • 阴影和天空不起作用

点云生成不适用于包含大阴影或大量天空的图像。

  • 精度取决于地面控制

除非在处理阶段使用了地面控制点,否则水平精度和高程值将不那么准确。

  • 覆盖范围通常有限

摄影测量点云的生成不适用于大面积覆盖区域。

  • 颜色不一致

由于各个图像色彩的变化(不平衡),整个点云表面的色彩通常不一致。

  • 需要更多的清理工作

反射性表面有时会在数据中引起更多的噪声点或异常,这就需要进行手动删除。电力线等更精细的要素可能不会像在LiDAR数据中那样显示。

LiDAR的理想用途

LiDAR是采集更大面积和更精细细节(例如电力线,管道和物体边缘)的数据的理想选择。它也是创建数字地形模型(DTM)的理想选择,因为传感器可以穿透植被,从而可以采集真实的地面点。

PhoDAR(摄影测量点云)的理想用途

摄影测量法是测量具有较少植被的较小区域的理想选择。由于摄影测量法无法像LiDAR那样穿透植被,因此通常更适合于生成数字表面模型,而不是地形模型。

适合LiDAR和摄影测量的理想软件

无论选择哪种点云生成方法,都可以使用 Global Mapper 和 LiDAR模块 来高效地处理成果数据。其广泛的编辑、可视化和分析工具的包括点云编辑和过滤、DTM或DSM创建、特征提取、等高线生成、体积计算等。

Pixels-to-Points™:从无人机图像轻松生成点云

Global Mapper v19引入的新的像素到点工具使用摄影测量原理,从重叠图像生成高密度点云。它使LiDAR模块成为已经功能很强大的的必备Global Mapper扩展功能,尤其是对于无人机专家而言。

 下面介绍的是我们的南美和中美洲代理商EngeSat使用该工具处理无人机影像的一个实例,系列屏幕截图说明了使用像素到点工具创建点云的简单分步过程,以及使用其他 LiDAR 模块工具进行一些基本点云编辑的过程。

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EngeSat 的 Laurent Martin 使用 LiDAR 模块版本 19 中新的像素到点™工具生成的点云。LiDAR 模块工具分析了 192 张高分辨率无人机图像,以创建此高密度点云。

1. 将无人机图像加载到LiDAR模块中

1.png
加载到 LiDAR 模块中的影像必须包含可重叠的信息。”像素到点”工具分析相邻图像中可识别对象之间的关系,以确定相应表面的三维坐标。
2.png
UAV 的飞行路径和每张照片的位置可以通过叠加项目区域的栅格图像来查看。

2. 从加载的图像计算点云

在此特定示例中选择了 192 个高分辨率图像。该工具将给出估计的完成时间,这取决于图像的大小和图像的数量。
“Calculating Cloud/Mesh “对话框显示图像的统计信息,因为图像由像素到点工具进行分析和拼接在一起。
该过程完成后,将弹出一个警报窗口。

3. 查看生成的点云

生成的点云的新图层现在位于图层列表中。
生成的正射影像的局部放大效果
从 192 个图像生成的新点云最终结果的特写。
生成的点云的 3D 视图。
生成的点云的 3D 视图。
使用路径断面工具的点云断面视图

4. 对点云进行分类

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可以使用 LiDAR 模块工具自动或手动重新分类点。在这里,点云被重新分类为主要是地面点。

5. 从点云创建高程网格和等高线

选择点云图层后,可以通过单击”创建高程网格”按钮生成数字地形模型。
使用路径剖面工具的数字地形模型的横截面视图
只需单击”创建等高线”按钮,即可从数字地形模型生成等高线。

快速简便的过程

从该示例可以看出,只需几步,Laurent 就能从 192 个图像中创建高密度点云,重新分类这些点,并创建数字地形模型并生成等高线。

Global Mapper LiDAR 模块工具/功能Top5

由于预期激光雷达和其他点云数据集的可用性和应用将日益增加,Global Mapper从15版本中就首次加入了激光雷达模块(Global Mapper的一个附加组件)。在过去五年中,这一流行的组件发展迅速,并提供了一系列强大的工具。

 在本期博客中,我们将重点介绍 LiDAR 模块中最重要的五个工具和功能,包括提取矢量要素、从无人机图像生成点云、LiDAR 数据滤波以及生成 3D meshes或模型。

1.   Pixels-to-Points(像素到点工具)

像素到点工具是 LiDAR 模块的新成员,用于从重叠图像(尤其是使用无人机捕获的图像)创建高密度点云、正射影像和 3D mesh 的工具。

基于摄影测量原理,”像素到点”过程从多个图像识别对象, 并从多视匹配以生成 3D 点云。作为点生成过程的衍生产品,该工具还可以通过内插点云的 RGB 值来生成正射影像,以及具有逼真的纹理的 3D 模型。

像素到点提供摄影测量方式的点云创建,既经济实惠又简单明了,并越来越多地用作传统 LiDAR 采集的替代方案。

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使用像素到点工具创建的谷仓的 3D 点云

2、自动点云重新分类

LiDAR 模块的自动重新分类工具可以准确识别表示地面、植被、建筑物和电力线的点。

LiDAR 模块中的算法分析点云的几何属性和特征,以快速对这些特征进行分类。此过程通常用于在创建数字地形模型 (DTM) 时分类出地面点。或是在从点云提取其它类型矢量要素(如建筑物或树木)时先分类出地面点。

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在LiDAR图层中识别并重新分类的建筑物和树木

3、特征提取

特征提取工具用于从已分类的点云中创建矢量对象。

基于一系列可自定义的设置,将代表建筑物、树木和电力线的点云提取为一系列 3D 矢量对象,或者将建筑物提取为 3D 模型。

特征提取对于创建建筑物轮廓线、从分类的 LiDAR 数据定义屋顶结构、电力线和其他 3D 要素特别有用。

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从 LiDAR 数据中提取的电力线的矢量线

4、自定义特征提取

自定义特征提取用于从点云数据中划分出非典型 3D 特征。

该功能通过在一系列连续的垂直路径剖面视图中定义控制节点,从而创建精确的 3D 线或面要素。使用自定义特征提取的示例可用于定义如道路路边、管道或排水沟等。

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使用垂直断面功能对路缘边缘进行数字化

5、从LiDAR点云创建Mesh

Mesh创建是使用一组选定的点云创建具有逼真颜色或纹理的 3D 矢量对象的功能。

LiDAR 模块提供使用所选点组的 3D 几何和颜色创建三维模型的功能。在 3D 模式下查看时,此模型显示为地物要素的真实3D纹理。

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从点云中的选定点创建的 3D模型

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