GNSSensing-Dataset

在香港通过无人机收集的用于植被遥感的开源GNSS和LiDAR数据集An open-source GNSS and LiDAR dataset for vegetation remote sensing collected via drones in Hong Kong

原始信息汇总

GNSSensing-Dataset 数据集详情

数据集概述

GNSSensing-Dataset 是一个在香港通过无人机（UAV）采集的开源 GNSS（全球导航卫星系统）与 LiDAR（激光雷达）数据集，专为植被遥感研究设计。该数据集利用无人机搭载的轻量化传感器，采集反射的 GNSS 信号作为被动遥感替代方案，以研究信号特性与环境物体（如植被）在散射、反射和衰减中的相关性。

数据集作者与机构

• 作者：Jiayi ZHOU、Qing Lin TAN、Sashenka GAMAGE、Md Sahat MAHMUD、Guohao ZHANG
• 机构：香港理工大学工程学院

无人机平台配置

数据采集平台为 Holybro X650 四旋翼无人机，搭载以下设备：

• Pixhawk 6C 飞行控制器
• M10 GPS 模块（非感知用途）
• SiK 遥测无线电（一对）
• Nvidia Jetson Orin Nano 计算模块
• Livox Mid-360 LiDAR
• Ublox F9P GNSS 接收器（一对）及 L1/L2 频段天线
  • 天顶天线：朝上的右旋圆极化（RHCP）天线
  • 天底天线：朝下的左旋圆极化（LHCP）天线

数据内容与格式

每个数据子集包含以下文件：

• down_antenna_*.obs：来自天底 LHCP 天线的原始 RINEX 数据
• up_antenna_*.obs：来自天顶 RHCP 天线的原始 RINEX 数据
• *.ulg：PX4 ULog 格式的无人机飞行日志

数据集子集汇总

数据集共包含 18 个飞行子集，分布于 3 个地点（namsangwai、mountdavis、shingmun）的 4 个采集日期，涵盖悬停和动态飞行等不同模式：

日期	地点	子集	描述
2025-11-09	namsangwai	ground_hover	在裸露土壤上方的航点悬停
2025-11-09	namsangwai	tree_hover	在茂密植被上方的航点悬停
2025-11-09	namsangwai	waypoint_dynamic	在茂密植被上方多个航点悬停
2025-11-09	namsangwai	survey_1、survey_2、survey_3	覆盖茂密植被的勘测区域飞行
2026-02-01	mountdavis	survey_1	覆盖裸露草地地面的勘测区域飞行
2026-02-01	mountdavis	survey_2、survey_3、survey_4	覆盖茂密植被的勘测区域飞行
2026-03-08	shingmun	survey_1、survey_2、survey_3、survey_4	覆盖茂密植被的勘测区域飞行
2026-03-31	mountdavis	survey_1、survey_2	覆盖裸露草地地面的勘测区域飞行
2026-03-31	mountdavis	survey_3、survey_4	覆盖茂密植被的勘测区域飞行

致谢与相关出版物

• 致谢：该数据集由香港理工大学工程学院支持，作为毕业设计项目的一部分产出。
• 相关出版物：待定（TBA）。

搜集汇总

数据集介绍

构建方式

该数据集由香港理工大学工程学院的科研团队通过无人机平台采集构建。平台以Holybro X650四旋翼无人机为基础，集成Pixhawk 6C飞行控制器、Livox Mid-360激光雷达及双天线GNSS接收系统。其中，天顶天线采用右旋圆极化（RHCP）天线向上接收直射信号，天底天线采用左旋圆极化（LHCP）天线向下接收反射信号，同步记录原始RINEX格式观测数据与PX4 ULog飞行日志。数据采集覆盖香港多个植被区域，包含悬停、动态航点及区域测量等多种飞行模式，并针对裸土与茂密植被等不同下垫面环境进行对比观测。

特点

该数据集的核心特点在于其双天线设计能够同时捕捉GNSS直射与反射信号，为植被遥感提供被动感知途径。多场景、多时相的采集策略涵盖了裸土、草地及茂密植被等典型地物类型，并辅以LiDAR点云数据，便于信号特征与地表参数的交叉验证。数据格式采用标准化RINEX与ULog，兼具通用性与可解析性。所有数据均采集自香港实际空域环境，反映了真实地理与大气条件下的信号传播特性，为GNSS遥感算法开发与验证提供了宝贵的基础数据。

使用方法

用户可通过访问GitHub仓库获取按地点和飞行日期组织的原始数据文件。每个数据目录下包含来自天顶与天底天线的RINEX观测文件（*.obs）以及PX4 ULog格式的飞行日志（*.ulg）。使用时需借助GNSS数据处理工具（如RTKLIB）解析RINEX文件，提取载波相位、信噪比及多路径误差等特征参数；同时利用ULog解析库（如pyulog）同步获取无人机姿态与轨迹信息。结合LiDAR点云数据，可分析不同植被条件下的GNSS信号反射特性，进而开展地表参数反演与遥感应用研究。

背景与挑战

背景概述

全球导航卫星系统（GNSS）反射信号遥感作为一种新兴的无源地球观测手段，凭借其全球覆盖、信号与地表环境强相关的特性，在植被遥感等领域展现出巨大潜力。然而，无人机（UAV）平台的构建复杂性和空域监管限制，使得相关实验数据的获取极为困难。为填补这一空白，香港理工大学工程学院的研究团队（Jiayi Zhou、Qing Lin Tan等）于2024年创建了GNSSensing-Dataset，利用搭载双天线GNSS接收机与LiDAR的UAV平台，在香港多个植被区域采集了包含原始RINEX数据和PX4飞行日志的开源数据集。该数据集为研究GNSS信号在植被环境中的散射与衰减机制提供了宝贵的实测数据，推动了UAV遥感技术的创新与发展。

当前挑战

GNSSensing-Dataset的构建面临多重挑战。首先，领域层面，利用GNSS反射信号进行植被遥感需解决信号与地物相互作用的复杂建模问题，以及如何从弱反射信号中提取有效信息，这对数据采集的精度和多样性提出了严苛要求。其次，数据采集过程中，UAV平台的集成需兼顾载荷轻量化与功耗效率，同时满足双天线（天顶RHCP与天底LHCP）的同步观测需求，技术难度高。此外，香港地区的空域限制和复杂城市环境进一步增加了飞行任务的规划难度，导致数据采集时段、地点和飞行模式（悬停、动态航点、航线测绘）的取舍必须精心设计，以确保数据的典型性和代表性，这些挑战共同塑造了数据集在植被遥感研究中的独特价值。

常用场景

经典使用场景

GNSSensing-Dataset作为首个面向无人机植被遥感场景的开源GNSS与LiDAR同步数据集，其经典使用场景集中于利用双天线GNSS反射信号进行地表植被参数的被动遥感反演。该数据集提供了搭配天顶右旋圆极化天线与天底左旋圆极化天线的双频接收机原始RINEX观测数据，以及同步的PX4 ULog飞行日志和LiDAR点云，能支撑研究者开展基于GNSS干涉反射计或信号噪声比分析的植被高度、生物量及覆盖度等参数的估计算法开发与验证，尤其适用于茂密植被区域和裸土对照场景的对比研究。

实际应用

在实际应用层面，该数据集服务于精准农业、森林资源调查及城市生态监测等领域。农业从业者可借助此数据训练模型，实现作物长势与需水状况的低空快速评估；林业部门可利用其开发基于无人机GNSS反射信号的林分郁闭度与生物量估算工具，降低传统LiDAR或光学遥感的作业成本；同时，该数据也为环境监测机构在复杂地形与空域限制条件下提供了一种被动、隐蔽的植被遥感新途径，尤其适用于多云多雨的热带或亚热带地区。

衍生相关工作

基于GNSSensing-Dataset的发布，预计将衍生一系列科研工作。一方面，研究者可构建基于深度学习的GNSS信号特征与植被参数映射模型，并以此为基准数据集进行性能评估；另一方面，该数据集的LiDAR点云与GNSS反射信号的融合应用，将催生多传感器联合反演植被三维结构的研究方向。此外，双极化天线的设计启发了天线互易性与反射信号分离算法的优化研究，未来可能形成标准化的数据处理流程和公开算法库，有力推动无人机GNSS遥感从概念验证走向业务化运行。