多(duō)源數據的(de)Lidar數據交互處理(lǐ)方法研究

發布日期：2018-06-26 00:00 浏覽量：8317

　　LIDAR（Light Detection And Ranging）是一種主動式對(duì)地觀測系統，它集成了(le) GPS、慣性導航、激光(guāng)測距等先進技術，具有控制測量依賴性少、受天氣影(yǐng)響小、自動化(huà)程度高(gāo)、成圖周期短等特點，可(kě)能爲測繪行業帶來(lái)一場(chǎng)新的(de)技術革命。

　　作爲一種三維信息的(de)實時(shí)獲取手段，LIDAR 的(de)應用(yòng)熱(rè)潮在國外已經掀起，在未來(lái)兩三年内中國應用(yòng) LIDAR 技術的(de)市場(chǎng)将更加廣泛。但是 LIDAR 數據的(de)後處理(lǐ)的(de)工作還(hái)相對(duì)滞後，爲特定應用(yòng)選擇适合的(de)（自動、半自動）數據處理(lǐ)方法還(hái)處于研究階段，針對(duì)不同地形條件的(de)适應性算(suàn)法實驗還(hái)處于初步探討(tǎo)階段。其中，手工分(fēn)類（濾波）和(hé)質量控制會占用(yòng)全部處理(lǐ)時(shí)間的(de)約 60%～80%。如何利用(yòng)已知數據源（光(guāng)學影(yǐng)像數據、低精度 DEM 數據、矢量數據等）與 LIDAR數據的(de)智能融合提高(gāo)數據處理(lǐ)精度和(hé)效率，從而迎接國内 LIDAR 工業化(huà)、标準化(huà)的(de)到來(lái)成爲了(le)目前首要的(de)任務。

　　激光(guāng)雷達數據處理(lǐ)中交互編輯的(de)目的(de)是剔除自動濾波，自動分(fēn)類沒有濾掉的(de)部分(fēn)粗差和(hé)未分(fēn)類正确的(de)激光(guāng)點。面對(duì)海量離散點雲如何進行數據處理(lǐ)的(de)效果評價，如何找到粗差點的(de)位置是LIDAR數據處理(lǐ)不可(kě)回避的(de)重要環節。

　　1.暈渲圖輔助分(fēn)析

　　（1）基于 TIN 的(de)局部暈渲圖

　　LIDAR 點雲經過濾波分(fēn)類後的(de)地面點類是制作 DEM 的(de)數據源，地面點的(de)分(fēn)類精度直接影(yǐng)響 DEM 的(de)數據精度。在自動濾波分(fēn)類的(de)基礎上，如何評價數據處理(lǐ)結果，尋找粗差點或錯分(fēn)點進行人(rén)工幹預分(fēn)類，還(hái)原地面點，生成真實準确的(de)地形曲面需要借助地面類别數據的(de)暈渲處理(lǐ)。

　　暈渲法是地圖上常用(yòng)的(de)地形表示方法之一。主要是根據光(guāng)線的(de)亮度差别，用(yòng)黑(hēi)色或幾種色彩在地圖上構成地勢起伏的(de)立體印象。在暈渲法中光(guāng)照(zhào)是産生明(míng)暗變化(huà)的(de)必要條件。太陽是地球的(de)光(guāng)源，但由于地貌與光(guāng)源的(de)位置不斷改變，地面的(de)明(míng)暗程度又受大(dà)氣層和(hé)地面物(wù)質的(de)影(yǐng)響，情況複雜(zá)，所以一般假定光(guāng)源在固定位置（本文的(de)太陽方位角爲 45 度，太陽高(gāo)度角爲 25 度），并且發出強度不變的(de)平行光(guāng)線。地貌各部位的(de)明(míng)暗程度決定于地面單元的(de)坡向（光(guāng)線與坡面法線在水(shuǐ)平面上投影(yǐng)的(de)夾角）與平行光(guāng)線的(de)關系以及地面單元的(de)坡度（地面傾斜角）與平行光(guāng)線的(de)關系。

　　漸變設色方案是一種特殊的(de)設色方案（本文采用(yòng)基于地形高(gāo)程信息進行色彩分(fēn)配的(de)原則），它不同于傳統的(de)分(fēn)層設色把高(gāo)程分(fēn)爲幾個(gè)帶，而是每一個(gè)不同的(de)高(gāo)程均對(duì)應不同的(de)顔色，可(kě)保證圖面過渡自然，沒有分(fēn)層設色中的(de)帶狀條痕。

　　LIDAR 點雲的(de)局部地區(qū)暈渲圖根據地面點雲的(de)不規則三角網實現，可(kě)以高(gāo)效快(kuài)速的(de)尋找地面粗差點位置，實現人(rén)機交互判讀與點雲編輯。确定異常的(de)地形點以後，即可(kě)應用(yòng)分(fēn)類模塊或算(suàn)法，實現人(rén)工編輯，最終生成地面點。

　　（2）基于格網的(de)攝區(qū)暈渲圖

　　經過濾波、人(rén)工編輯得(de)到的(de)地面點經過内插處理(lǐ)，即可(kě)得(de)到規則格網 DEM 數據。在整個(gè)攝區(qū)進行 DEM 與 DSM 的(de)暈渲處理(lǐ)（太陽方位角 135 度，太陽高(gāo)度角 45 度），并在數據比較過程中檢查數據處理(lǐ)過程中存在粗差點、異常點以及攝區(qū)的(de)接邊等問題。

　　暈渲圖的(de)評價标準：

　　1）能将地貌形态特征、山系構造特征、地勢起伏特征、坡度的(de)變化(huà)、山脈走向、高(gāo)度對(duì)比等特征全面地反映出來(lái)。

　　2）使用(yòng)的(de)顔色符合人(rén)的(de)視覺習(xí)慣，并盡量接近地理(lǐ)景觀的(de)本色，同時(shí)要求顔色搭配合理(lǐ)、明(míng)暗過渡自然。

　　3）所表示的(de)地貌有較強的(de)立體感。

　　4）不影(yǐng)響其它要素的(de)表示。

　　5）滿足出版印刷的(de)要求。

　　2.剖面圖輔助分(fēn)析

　　在确定了(le)異常區(qū)域後，即可(kě)利用(yòng)剖面圖實現點雲的(de)人(rén)工判讀和(hé)修改。在剖面圖上地面點變化(huà)起伏平緩，在建築物(wù)區(qū)域中斷，在有植被的(de)山地、丘陵地區(qū)會穿透樹木(mù)（不規則分(fēn)布點）存在；人(rén)工建築物(wù)的(de)點類高(gāo)出地面點且有建築物(wù)輪廓；植被點類爲高(gāo)出地面不規則分(fēn)布點；水(shuǐ)域一般沒有回波。根據上述判讀原則，可(kě)以實現地面、建築物(wù)、植被、水(shuǐ)域類别的(de)人(rén)工編輯。

　　3.航空影(yǐng)像輔助分(fēn)析

　　航空影(yǐng)像數據記錄連續波譜信息，它包含了(le)空間結構、地物(wù)邊界、色彩屬性等判讀地物(wù)的(de)重要信息。現在，有的(de)數字航攝儀地面采樣率可(kě)達到厘米級，能夠分(fēn)辨地物(wù)微小差别。激光(guāng)雷達數據雖然對(duì)描述地物(wù)三維空間結構的(de)優勢明(míng)顯，但其每平方米幾個(gè)點的(de)激光(guāng)點密度以及分(fēn)米級的(de)光(guāng)斑分(fēn)辨率（光(guāng)斑直徑）對(duì)于精确描述地物(wù)邊界還(hái)存在誤差。尤其是不規則房(fáng)屋邊緣存在高(gāo)度相似植被的(de)情況下(xià)，容易造成錯分(fēn)和(hé)誤判，需要借助正射影(yǐng)像進行輔助判讀。除此之外，可(kě)以利用(yòng) LIDAR 數據快(kuài)速建立建築物(wù)三維模型也(yě)需要航空影(yǐng)像數據在房(fáng)屋邊界處的(de)判讀。

　　航空影(yǐng)像、不規則三角網暈渲圖以及剖面圖的(de)聯合判讀也(yě)是非常有效的(de)方法。暈渲圖對(duì)三維空間結構敏感，用(yòng)于尋找高(gāo)程異常區(qū)域，航空影(yǐng)像的(de)光(guāng)譜信息在地物(wù)邊界處輔助準确判讀，剖面圖直觀顯示點雲在高(gāo)程上的(de)分(fēn)布。

　　4.結論

　　通(tōng)過不規則三角網暈渲圖、規則格網暈渲圖、點雲剖面圖、航空影(yǐng)像數據的(de)輔助判讀與識别，實現了(le)高(gāo)效準确的(de)數據處理(lǐ)質量檢查與人(rén)工編輯處理(lǐ)。解決了(le)對(duì)海量離散點雲進行數據處理(lǐ)的(de)效果評價和(hé)找到粗差點位置等問題。

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