多源數(shù)據(jù)的Lidar數(shù)據(jù)交互處理方法研究

發(fā)布日期：2018-06-26 00:00 瀏覽量：12491

　　LIDAR（Light Detection And Ranging）是一種主動(dòng)式對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，它集成了 GPS、慣性導(dǎo)航、激光測(cè)距等先進(jìn)技術(shù)，具有控制測(cè)量依賴(lài)性少、受天氣影響小、自動(dòng)化程度高、成圖周期短等特點(diǎn)，可能為測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命。

　　作為一種三維信息的實(shí)時(shí)獲取手段，LIDAR 的應(yīng)用熱潮在國(guó)外已經(jīng)掀起，在未來(lái)兩三年內(nèi)中國(guó)應(yīng)用 LIDAR 技術(shù)的市場(chǎng)將更加廣泛。但是 LIDAR 數(shù)據(jù)的后處理的工作還相對(duì)滯后，為特定應(yīng)用選擇適合的（自動(dòng)、半自動(dòng)）數(shù)據(jù)處理方法還處于研究階段，針對(duì)不同地形條件的適應(yīng)性算法實(shí)驗(yàn)還處于初步探討階段。其中，手工分類(lèi)（濾波）和質(zhì)量控制會(huì)占用全部處理時(shí)間的約 60%～80%。如何利用已知數(shù)據(jù)源（光學(xué)影像數(shù)據(jù)、低精度 DEM 數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)等）與 LIDAR數(shù)據(jù)的智能融合提高數(shù)據(jù)處理精度和效率，從而迎接國(guó)內(nèi) LIDAR 工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的到來(lái)成為了目前首要的任務(wù)。

　　激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中交互編輯的目的是剔除自動(dòng)濾波，自動(dòng)分類(lèi)沒(méi)有濾掉的部分粗差和未分類(lèi)正確的激光點(diǎn)。面對(duì)海量離散點(diǎn)云如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的效果評(píng)價(jià)，如何找到粗差點(diǎn)的位置是LIDAR數(shù)據(jù)處理不可回避的重要環(huán)節(jié)。

　　1.暈渲圖輔助分析

　?。?）基于 TIN 的局部暈渲圖

　　LIDAR 點(diǎn)云經(jīng)過(guò)濾波分類(lèi)后的地面點(diǎn)類(lèi)是制作 DEM 的數(shù)據(jù)源，地面點(diǎn)的分類(lèi)精度直接影響 DEM 的數(shù)據(jù)精度。在自動(dòng)濾波分類(lèi)的基礎(chǔ)上，如何評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，尋找粗差點(diǎn)或錯(cuò)分點(diǎn)進(jìn)行人工干預(yù)分類(lèi)，還原地面點(diǎn)，生成真實(shí)準(zhǔn)確的地形曲面需要借助地面類(lèi)別數(shù)據(jù)的暈渲處理。

　　暈渲法是地圖上常用的地形表示方法之一。主要是根據(jù)光線的亮度差別，用黑色或幾種色彩在地圖上構(gòu)成地勢(shì)起伏的立體印象。在暈渲法中光照是產(chǎn)生明暗變化的必要條件。太陽(yáng)是地球的光源，但由于地貌與光源的位置不斷改變，地面的明暗程度又受大氣層和地面物質(zhì)的影響，情況復(fù)雜，所以一般假定光源在固定位置（本文的太陽(yáng)方位角為 45 度，太陽(yáng)高度角為 25 度），并且發(fā)出強(qiáng)度不變的平行光線。地貌各部位的明暗程度決定于地面單元的坡向（光線與坡面法線在水平面上投影的夾角）與平行光線的關(guān)系以及地面單元的坡度（地面傾斜角）與平行光線的關(guān)系。

　　漸變?cè)O(shè)色方案是一種特殊的設(shè)色方案（本文采用基于地形高程信息進(jìn)行色彩分配的原則），它不同于傳統(tǒng)的分層設(shè)色把高程分為幾個(gè)帶，而是每一個(gè)不同的高程均對(duì)應(yīng)不同的顏色，可保證圖面過(guò)渡自然，沒(méi)有分層設(shè)色中的帶狀條痕。

　　LIDAR 點(diǎn)云的局部地區(qū)暈渲圖根據(jù)地面點(diǎn)云的不規(guī)則三角網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，可以高效快速的尋找地面粗差點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互判讀與點(diǎn)云編輯。確定異常的地形點(diǎn)以后，即可應(yīng)用分類(lèi)模塊或算法，實(shí)現(xiàn)人工編輯，最終生成地面點(diǎn)。

　　（2）基于格網(wǎng)的攝區(qū)暈渲圖

　　經(jīng)過(guò)濾波、人工編輯得到的地面點(diǎn)經(jīng)過(guò)內(nèi)插處理，即可得到規(guī)則格網(wǎng) DEM 數(shù)據(jù)。在整個(gè)攝區(qū)進(jìn)行 DEM 與 DSM 的暈渲處理（太陽(yáng)方位角 135 度，太陽(yáng)高度角 45 度），并在數(shù)據(jù)比較過(guò)程中檢查數(shù)據(jù)處理過(guò)程中存在粗差點(diǎn)、異常點(diǎn)以及攝區(qū)的接邊等問(wèn)題。

　　暈渲圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

　　1）能將地貌形態(tài)特征、山系構(gòu)造特征、地勢(shì)起伏特征、坡度的變化、山脈走向、高度對(duì)比等特征全面地反映出來(lái)。

　　2）使用的顏色符合人的視覺(jué)習(xí)慣，并盡量接近地理景觀的本色，同時(shí)要求顏色搭配合理、明暗過(guò)渡自然。

　　3）所表示的地貌有較強(qiáng)的立體感。

　　4）不影響其它要素的表示。

　　5）滿(mǎn)足出版印刷的要求。

　　2.剖面圖輔助分析

　　在確定了異常區(qū)域后，即可利用剖面圖實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的人工判讀和修改。在剖面圖上地面點(diǎn)變化起伏平緩，在建筑物區(qū)域中斷，在有植被的山地、丘陵地區(qū)會(huì)穿透樹(shù)木（不規(guī)則分布點(diǎn)）存在；人工建筑物的點(diǎn)類(lèi)高出地面點(diǎn)且有建筑物輪廓；植被點(diǎn)類(lèi)為高出地面不規(guī)則分布點(diǎn)；水域一般沒(méi)有回波。根據(jù)上述判讀原則，可以實(shí)現(xiàn)地面、建筑物、植被、水域類(lèi)別的人工編輯。

　　3.航空影像輔助分析

　　航空影像數(shù)據(jù)記錄連續(xù)波譜信息，它包含了空間結(jié)構(gòu)、地物邊界、色彩屬性等判讀地物的重要信息。現(xiàn)在，有的數(shù)字航攝儀地面采樣率可達(dá)到厘米級(jí)，能夠分辨地物微小差別。激光雷達(dá)數(shù)據(jù)雖然對(duì)描述地物三維空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)明顯，但其每平方米幾個(gè)點(diǎn)的激光點(diǎn)密度以及分米級(jí)的光斑分辨率（光斑直徑）對(duì)于精確描述地物邊界還存在誤差。尤其是不規(guī)則房屋邊緣存在高度相似植被的情況下，容易造成錯(cuò)分和誤判，需要借助正射影像進(jìn)行輔助判讀。除此之外，可以利用 LIDAR 數(shù)據(jù)快速建立建筑物三維模型也需要航空影像數(shù)據(jù)在房屋邊界處的判讀。

　　航空影像、不規(guī)則三角網(wǎng)暈渲圖以及剖面圖的聯(lián)合判讀也是非常有效的方法。暈渲圖對(duì)三維空間結(jié)構(gòu)敏感，用于尋找高程異常區(qū)域，航空影像的光譜信息在地物邊界處輔助準(zhǔn)確判讀，剖面圖直觀顯示點(diǎn)云在高程上的分布。

　　4.結(jié)論

　　通過(guò)不規(guī)則三角網(wǎng)暈渲圖、規(guī)則格網(wǎng)暈渲圖、點(diǎn)云剖面圖、航空影像數(shù)據(jù)的輔助判讀與識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了高效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理質(zhì)量檢查與人工編輯處理。解決了對(duì)海量離散點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的效果評(píng)價(jià)和找到粗差點(diǎn)位置等問(wèn)題。

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