基于LiDAR的(de)測高(gāo)數據制作DEM方法

　　1 機載激光(guāng)掃描獲得(de)地形高(gāo)程原理(lǐ)

　　機載激光(guāng)掃描測高(gāo)獲得(de)地形高(gāo)程的(de)原理(lǐ)是将激光(guāng)脈沖測距儀安置在妞行器上，通(tōng)過記錄激光(guāng)脈沖從發射機發射到地面後經地面目标物(wù)反射後的(de)時(shí)間延遲，然後再乘以光(guāng)速c，以此來(lái)精确測定發射點到地面反射點（激光(guāng)腳點）的(de)斜距。同時(shí)機載的(de)慣性測量系統（IMU）測定飛(fēi)行器在空問的(de)姿态參數（側滾角、仰俯角和(hé)航向角），而GPS提供飛(fēi)行器精确的(de)位胃信息，在後續内業處理(lǐ)中，在提供的(de)IMU确定的(de)姿态信息，GPS測定的(de)飛(fēi)機飛(fēi)行航迹數據以及激光(guāng)脈沖測定的(de)傾斜距離基礎上，可(kě)求出個(gè)激光(guāng)點精确的(de)三維空間直角坐(zuò)标（X，y，Z）。通(tōng)過一定寬度的(de)掃描，就可(kě)獲得(de)具有大(dà)量地面點的(de)三維坐(zuò)标。本次使用(yòng)的(de)是ALTM3100系統， ALTM系統同步采集激光(guāng)地形數據和(hé)航空影(yǐng)像數據，可(kě)以生成DEM、DOM、DSM，極大(dà)地豐富了(le)航攝成果的(de)類型。

　　2 選用(yòng)LIDAR獲取較高(gāo)精度的(de)地形數據的(de)優勢

　　LiDAR激光(guāng)掃描技術是一種主動式遙感手段，利用(yòng)激光(guāng)脈沖對(duì)目标地物(wù)進行掃描，接收回波信息以測定地物(wù)。LiDAR激光(guāng)掃描系統可(kě)以同時(shí)接收地面四次回波信息，這(zhè)樣，激光(guāng)點就可(kě)以穿透植被，準确的(de)獲取植被覆蓋區(qū)域的(de)地形信息。即使是測區(qū)山區(qū)面積廣，植被覆蓋密度大(dà)，利用(yòng)激光(guāng)數據可(kě)以獲得(de)高(gāo)質量的(de)地形數據。

　　3 DEM技術要求

　　（1）DEM采樣間隔。

　　1∶10000比例尺DEM采樣間隔爲5m。

　　（2）DEM 格網點精度。

　　高(gāo)程數據取位至0.1m。

　　（3）DEM 接邊差。

　　同名點高(gāo)程較差不得(de)超過一個(gè)等高(gāo)距。

　　（4）DEM 分(fēn)幅裁切。

　　DEM按内圖廓外接矩形裁切。

　　4 激光(guāng)數據處理(lǐ)流程

　　針對(duì)激光(guāng)數據處理(lǐ)，遵循以下(xià)原則。

　　（1）解算(suàn)原則、方法：實際解算(suàn)，采用(yòng)多(duō)邊形範圍輸出，以單條航線存儲爲一個(gè)激光(guāng)點文件；采用(yòng)WGS84橢球，UTM投影(yǐng)坐(zuò)标系。

　　（2）POS處理(lǐ)說明(míng)：處理(lǐ)基站數據時(shí)，由觀測手簿獲得(de)基站坐(zuò)标及天線高(gāo)；使用(yòng)基站時(shí)，盡可(kě)能多(duō)的(de)使用(yòng)離測區(qū)範圍最近的(de)所有基站，并且加載靜态初始化(huà)數據。

　　（3）航帶重疊處理(lǐ)：航線與航線之間重疊的(de)部分(fēn)，根據航線，需将重疊部分(fēn)的(de)冗餘數據剔除出去，以減小數據量。

　　激光(guāng)數據處理(lǐ)的(de)技術流程如下(xià)：①原始數據解碼：利用(yòng)地面預處理(lǐ)系統對(duì)采集的(de)原始激光(guāng)數據與POS數據進行解碼，從而獲得(de)GPS文件，IMU文件，激光(guāng)點文件等。②POS數據處理(lǐ)：機載POS與地面基站GPS進行差分(fēn)和(hé)融合，獲得(de)精确坐(zuò)标。③激光(guāng)數據處理(lǐ)：處理(lǐ)後的(de)POS數據與激光(guāng)點數據融合，獲得(de)地面坐(zuò)标；輸出激光(guāng)點文件。

　　5 DEM、DSM生産

　　5.1 激光(guāng)點濾波

　　根據地形情況，首先剔除噪聲點，包括雲、折射等造成的(de)高(gāo)程異常點；然後設定适合的(de)參數，TerraScan軟件自動提取地面點。

　　5.2 航線接邊處理(lǐ)

　　将POS數據生成的(de)航迹成果信息，加載到激光(guāng)點文件中，給激光(guāng)點指定航線号，根據激光(guāng)點的(de)位置及姿态，對(duì)重疊區(qū)域進行自動裁切及拼接。

　　5.3 激光(guāng)點編輯

　　将分(fēn)類後的(de)數據打開，單獨察看ground層，如果發現地形有明(míng)顯錯誤或分(fēn)類效果沒有達到标準，則需要将這(zhè)部分(fēn)數據重新進行分(fēn)類計算(suàn)。

　　5.4 DEM輸出

　　Ground點編輯完成之後，以規定的(de)标準格式，輸出DEM。

　　5.5 利用(yòng)編輯好的(de)DEM數據生成DSM

　　（1）利用(yòng)PCI公司開發的(de)LIDAR數據處理(lǐ)模塊LidarEngine軟件，導入激光(guāng)點雲數據（*.las格式）。生成DSM爲了(le)直觀檢查DEM的(de)錯誤。

　　（2）使用(yòng)LIDAR處理(lǐ)算(suàn)法，生成激光(guāng)數據DSM影(yǐng)像。

　　檢查DSM數據，地形高(gāo)程異常或産生漏洞區(qū)域，需要重新修改原始LAS數據和(hé)DEM數據，再次生成新的(de)DSM檢查。

　　5.6 成果精度

　　激光(guāng)LIDAR獲取的(de)DEM高(gāo)程精度應滿足30 cm，平面精度應小于1 m。

　　5.7 精度超限解決方案

　　當成果精度經過實際檢測，不能滿足項目要求時(shí)，需要對(duì)激光(guāng)數據進行精度超限改正。有兩種方法。

　　（1）通(tōng)過外業控制測量，對(duì)激光(guāng)點進行糾正處理(lǐ)，使其精度提高(gāo)。

       （2）在測區(qū)内，垂直航線方向補飛(fēi)兩條（一個(gè)架次内），以垂直補飛(fēi)數據與原有數據進行匹配（Match），得(de)出改正參數。

　　5.8 成圖輸出

　　格式轉換之後的(de)數據按照(zhào)1∶10000标準圖廓進行分(fēn)幅，作爲成果提供使用(yòng)。

　　6 結語

　　機載激光(guāng)掃描測高(gāo)涉及的(de)實際應用(yòng)很多(duō)，是一個(gè)典型的(de)3S集成系統，随著(zhe)機載激光(guāng)掃描測高(gāo)技術的(de)不斷成熟和(hé)數據處理(lǐ)算(suàn)法的(de)不斷完善，機載激光(guāng)掃描測高(gāo)技術的(de)應用(yòng)領域會越來(lái)越廣，特别是對(duì)于機載激光(guāng)掃描測高(gāo)技術。目前的(de)發展趨勢表現在以下(xià)幾個(gè)方面，利用(yòng)機載激光(guāng)掃描測高(gāo)數據建立大(dà)範圍高(gāo)精度數字地面模型；利用(yòng)機載激光(guāng)掃描測高(gāo)數據建立3D城(chéng)市模型；緊急如滑坡測繪等災害事件的(de)快(kuài)速反應及變化(huà)監測；進行森林(lín)資源的(de)管理(lǐ)和(hé)評估；海岸地帶測繪等。

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