LIDAR（Light Detection and Ranging）は、地物の位置や高さを測定するためのリモートセンシング技術です。LIDARは、航空機やドローン、地上車両に取り付けられ、地表面に向けてレーザー光を発射し、その反射光を受信することで、地物の位置や高さを測定します。
LIDARの仕組みは以下の通りです。
レーザー光の発射:
LIDARシステムは、レーザー光を地表面に向けて発射します。レーザー光は非常に細い光のビームで、短い時間間隔で地表面に向けて発射されます。
反射光の受信:
レーザー光は地物に当たって反射され、その反射光がLIDARシステムに戻ります。LIDARシステムには、反射光を受信するためのセンサーが取り付けられています。
距離の計算:
レーザー光の発射から反射光の受信までの時間を計測することで、地物までの距離を計算します。光の速度は空気中で約300,000キロメートル/秒であるため、光が往復する時間から地物までの距離を非常に高い精度で計算することができます。
位置の計算:
LIDARシステムは、地物までの距離を計算するだけでなく、レーザー光の発射方向とLIDARシステムの位置・向きを考慮して、地物の位置を計算します。
LIDARデータは、点群データとして保存されます。点群データは、地物の位置（X, Y, Z座標）とその他の属性（例えば、反射強度）を含む、大量の点の集合です。
LAS:
これは、LIDARデータを保存するための最も一般的なバイナリ形式の一つです。LASフォーマットは、アメリカ国立標準技術研究所（NIST）によって開発され、点群データの保存と交換のための業界標準となっています。
LAZ:
これは、LASフォーマットの圧縮バージョンです。LAZフォーマットは、LASフォーマットのデータを圧縮し、ファイルサイズを縮小することができます。
ASCII:
これは、テキストベースのフォーマットで、点群データをASCIIテキストファイルとして保存します。ASCIIフォーマットは、人間が読むことができるテキストデータとして、点の座標とその他の属性を保存します。
PLY:
これは、3Dモデルを保存するためのファイル形式の一つです。PLYフォーマットは、点群データだけでなく、面の情報も保存することができます。
E57:
これは、3Dイメージングデータを保存するためのファイル形式の一つです。E57フォーマットは、ASTM国際標準に基づいて開発され、点群データだけでなく、画像データも保存することができます。
PDAL (Point Data Abstraction Library):
PDALは、点群データを処理するためのC++ライブラリです。PDALは、点群データの読み込み、フィルタリング、変換、書き出しを行うことができます。
CloudCompareは、3D点群データやメッシュデータを処理するためのフリーソフトウェアです。CloudCompareは、点群データの視覚化、編集、比較、分析を行うことができます。
PCLは、点群データを処理するためのオープンソースのライブラリです。PCLは、点群データのフィルタリング、変換、セグメンテーション、特徴抽出、レジストレーション、モデルフィッティングなどを行うことができます。
lastoolsは、LIDARデータを処理するためのソフトウェアツールキットです。lastoolsは、LASファイルの読み込み、変換、編集、フィルタリング、視覚化、分析を行うことができます。
QGIS:
QGIS（Quantum GIS）は、地理情報システム（GIS）データを処理するためのフリーソフトウェアです。QGISには、点群データを視覚化、編集、分析するためのプラグインがいくつかあります。
ArcGIS:
ArcGISは、Esri社が開発した地理情報システム（GIS）ソフトウェアです。ArcGISには、点群データを視覚化、編集、分析するためのツールが含まれています。
PythonでLiDARデータを扱うにはいくつかのライブラリがあります。主に使われるのは`laspy`と`PDAL`です。それぞれのライブラリを使って基本的な処理を説明します。
1. laspyを使用する
`laspy`はPythonでLiDARデータを読み書きするための簡単なライブラリです。`.las`や`.laz`フォーマットのファイルを扱うことができます。
インストール:
pip install laspy基本的な使い方:
import laspy
# ファイルを読み込む
file = laspy.read("example.las")
# ポイントデータへのアクセス
points = file.points.copy()
# XYZ座標の取得
x_coords = file.x
y_coords = file.y
z_coords = file.z
# 統計情報の取得
print("Number of points:", len(file.points))
print("Max X:", max(x_coords))2. PDALを使用する
`PDAL`は点群データを処理するためのライブラリで、フィルタリング、変換、データ管理など複雑な操作が可能です。
インストール:
conda install -c conda-forge pdal基本的な使い方:
import pdal
pipeline = {
"pipeline": [
"input.las",
{
"type": "filters.sort",
"dimension": "Z"
}
]
}
pipeline = pdal.Pipeline(json.dumps(pipeline))
pipeline.execute()
arrays = pipeline.arrays[0]
z_coords_sorted = arrays['Z']これらのライブラリを使って、様々なLiDARデータ処理や分析を行うことができます。具体的な処理や分析の目的に応じてライブラリとその機能を選ぶと良いでしょう。
