Das LiDAR-System (aus dem Englischen Light Detection And Ranging) ist mit einem Sender sowie einem Lichtsensor ausgestattet und dient der Laser-Entfernungsmessung. Die verwendeten Wellenlängen liegen im unsichtbaren Spektralbereich und sind somit für das menschliche Auge nicht erkennbar. Die ausgesendeten Laserpulse werden von der Umgebung reflektiert und vom System wieder registriert. Anhand der Zeitspanne, welche die Pulse für den Hin- und Rückweg benötigen, wird die zurückgelegte Distanz berechnet.

Der Laserscanner an Bord eines Flugzeugs misst die Topografie, indem er den Boden senkrecht zur Flugrichtung abtastet. Dabei entsendet er mehrere Hunderttausend Laserpulse pro Sekunde. Dieses Messverfahren nennt man flugzeuggestütztes Laserscanning (engl. Airborne Laser Scanning).

Mit einer Punktdichte von mehreren Punkten pro Quadratmeter, einer Genauigkeit von 10 cm und einer hohen Erfassungsgeschwindigkeit, ist das flugzeuggestützte Laserscanning eines der leistungsfähigsten Verfahren für die Ermittlung der Topografie in unserer Umgebung. Die Daten werden hauptsächlich für die folgenden Anwendungen verwendet:

• Automatische 3D-Modellierung von Gebäuden und anderen Landschaftsobjekten
• Walderhebungen: Baumhöhe, -breite und -neigung, Holzschlagkarten und -planung, Biomassenberechnung, digitale Kronenmodelle
• 3D-Modellierung von Objekten unter der Vegetationsdecke wie Waldstrassen oder Wasserläufe
• Monitoring von Freileitungen (Kabel, Hochspannungsleitungen)
• Erstellung von digitalen Terrainmodellen
• Erstellung von digitalen Oberflächenmodellen
• Sichtbarkeitsanalyse
   

Von den Rohdaten zu den Endprodukten

Die LiDAR-Daten müssen mehrmals bearbeitet werden, bevor sie für spezifische Anwendungen verwendet werden können.

Direkte Georeferenzierung

Die Kenntnis zur vorliegenden Distanz zwischen dem Messgerät und dem Boden allein genügt für eine topografische Aufnahme nicht. Die gemessenen Punkte müssen in einem terrestrischen Koordinatensystem referenziert sein. Bei der Lasergrammetrie wird einzig die Position des LiDAR-Systems im Flug verwendet. Die Position im Raum (XYZ) wird mit GNSS und die Winkelposition (Roll-, Nick- und Gierwinkel) mit der inertialen Messeinheit gemessen. Diese Art von Georeferenzierung wird «direkt» genannt, weil dafür keine weiteren Bodenpasspunkte notwendig sind, was wiederum die Datenproduktion beschleunigt.

Klassifizierung

Die mit dem LiDAR-Messverfahren generierte Punktmasse wird Punktwolke genannt. Sie enthalten alle Objekte, die ein Lasersignal zurückgeworfen haben. Die Punktwolke im Rohzustand ist sehr komplex und schwierig zu interpretieren. Um einfachere und verständlichere Informationen zu erhalten, wird jeder Messpunkt einer vordefinierten Klasse zugewiesen, welche die Art des Objekts beschreibt. Je nach Nutzerbedürfnissen kann die Anzahl Klassen variieren. Die meisten Projekte verwenden mindestens folgende Abgrenzungen: nicht klassifizierte Punkte, Boden, Vegetation, Gebäude, Wasserläufe.

Klassifizierte Punktwolke

Die klassifizierte Punktwolke kann bereits als Endprodukt bestellt werden. Sie ist für die Verarbeitung anspruchsvoller als gewisse vereinfachte Produkte (siehe weiter unten), bietet jedoch mehr Flexibilität und eignet sich für viele Anwendungen. swisstopo vertreibt die klassifizierte Punktwolke unter dem Produkt swissSURFACE^3D.

Das LAS-Format (Link auf Englisch) ist für diese Daten das geeignetste und am meisten verbreitete Datenformat. Es wurde von der Amerikanischen Gesellschaft für Fotogrammetrie und Fernerkundung (ASPRS) als frei zugängliches Format entwickelt und ist äusserst effizient in der Bewältigung von grossen Datenvolumen. Die spezifischen Informationen der LiDAR-Punkte bleiben enthalten.

Digitales Terrain- und Oberflächenmodell

Eine klassifizierte Punktwolke umfasst eine Vielzahl an Informationen. Die Nutzung ist allerdings komplex. Deshalb werden aus den LiDAR-Daten oft zwei vereinfachte Produkte erzeugt: das digitale Terrainmodell (DTM) und das digitale Oberflächenmodell (DOM). Beide Produkte bieten eine homogene Darstellung der Informationen im Raum. Die unregelmässigen Messwerte einer Punktwolke werden interpoliert und als Raster mit regelmässigen Maschenweiten angeboten. Dies ermöglicht die Verwendung eines Rasterformats (Bild) und erleichtert die weitere Bearbeitung. Oft verringert sich dabei aber auch die Datendichte und die Klassifizierung geht verloren.

Das DTM beschreibt die Oberfläche ohne Bewuchs und Bebauung. Aus der Punktwolke werden lediglich die Bodenpunkte verwendet. swisstopo bietet ein solches Modell mit dem Produkt swissALTI^3D an. Das DOM verwendet alle klassifizierten Punkte und stellt damit die Erdoberfläche mit Bewuchs und Bebauung dar.