顧春墚

（浙江省第二測(cè)繪院 浙江杭州 310012）

基于機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)精細(xì)DEM生產(chǎn)中數(shù)據(jù)精處理的研究

顧春墚

（浙江省第二測(cè)繪院 浙江杭州 310012）

機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理是自動(dòng)濾波和DEM成果生成之間一個(gè)最關(guān)鍵的步驟，精處理的效率和處理精度直接決定了整個(gè)DEM制作過(guò)程的效率和成果的精度。以Terrasolid機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹在Microstation v8平臺(tái)下進(jìn)行快速LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)精處理的方法。

LiDAR；數(shù)據(jù)精處理；DEM

1 引言

機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)精處理即點(diǎn)云數(shù)據(jù)的手工精處理，該過(guò)程是在對(duì)點(diǎn)云條帶數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接精度檢查、絕對(duì)精度檢查、工程分塊、分航線切割及初步自動(dòng)濾波后，針對(duì)自動(dòng)濾波不合理和不到位的地方進(jìn)行的手工精處理。在整個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，手工精處理的工作量約占三分之二。如何快速高效地手工精處理直接決定了整個(gè)LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的工作效率。同時(shí)處理是否到位，裸地表點(diǎn)是否完整保留，非地表點(diǎn)是否被剔除，直接影響最終DEM成果的精度。

本文采用浙江省舟山地區(qū) 1：10000比例尺LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)，研究在基于Microstation v8平臺(tái)的Terrasolid軟件下進(jìn)行點(diǎn)云精處理的方法。

表1 航飛參數(shù)

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)精處理要求

依據(jù)國(guó)標(biāo)和本次數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì)要求，處理精度要求如下：

表2 DEM精度要求

3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)精處理方法

圖1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程圖

點(diǎn)云數(shù)據(jù)處z理過(guò)程中，精處理是利用TerraScan軟件中的各種手工分類(lèi)工具，修改點(diǎn)云自動(dòng)分類(lèi)錯(cuò)誤。

（1）用分類(lèi)的結(jié)果制作點(diǎn)云高程暈渲圖。

（2）檢查暈渲圖是否存在突變區(qū)域。若整個(gè)圖形過(guò)渡平滑，表示分類(lèi)較好。若有突變，則可能存在非地面點(diǎn)，需將暈渲圖與數(shù)據(jù)疊加，找到突變處，檢查是否存在分類(lèi)錯(cuò)誤（若有對(duì)應(yīng)影像可參考影像）。

（3）將地面點(diǎn)、非地面點(diǎn)與暈渲圖套合，在分類(lèi)出錯(cuò)區(qū)域截取斷面，仔細(xì)查看周邊的點(diǎn)，并結(jié)合影像分析分類(lèi)錯(cuò)誤的原因，并進(jìn)行修改。

（4）重復(fù)步驟（1）-（3），直到符合下列要求：

（1）平地一般較平坦，沒(méi)有明顯突出的點(diǎn)出現(xiàn)。田塊中塊狀明顯高出模型（高差≥40cm）的植被點(diǎn)需分類(lèi)到非地面點(diǎn)類(lèi)，不對(duì)點(diǎn)云做置平和修改高程值的處理。

圖2 田塊中點(diǎn)云處理效果

（2）山地坡度過(guò)渡平滑自然，沒(méi)有明顯突變的點(diǎn)出現(xiàn)。

圖3 山地中點(diǎn)云處理效果

（3）高速公路、河流等與周?chē)牡匚锵啾龋叨茸兓话爿^明顯，但沒(méi)有孤立的明顯突出的點(diǎn)出現(xiàn)。

圖4 高速公路點(diǎn)云處理效果

（4）立交橋、高架路、橋梁等架空于地面或水面之上的人工地物范圍，保留地面或水面上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖5 立交橋點(diǎn)云處理效果

（5）土堤、攔水壩、水閘等建筑物底部與地面相接的，保留這些地物頂部的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖6 堤壩點(diǎn)云處理效果

4 機(jī)載LiDAR點(diǎn)云精處理細(xì)節(jié)

正確高效的處理方法是點(diǎn)云精處理的基礎(chǔ)，以下是幾個(gè)實(shí)際作業(yè)過(guò)程中要注意的處理細(xì)節(jié)。

4.1 快捷鍵設(shè)置

精處理的過(guò)程中需要大量的手工操作，所以應(yīng)對(duì)常用的功能設(shè)置相應(yīng)的快捷鍵。在實(shí)際處理中，設(shè)置合理快捷鍵能使效率提高一倍左右。

實(shí)際的操作中常用的功能一般是classify above line（對(duì)劃線上部點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)）、classify below line（對(duì)劃線下部點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)）、classify using brush（分類(lèi)刷）等三個(gè)點(diǎn)云分類(lèi)功能按鈕和draw vertical section（提取點(diǎn)云切面）、rebuild editablemodel（刷新模型）、place shape（畫(huà)框）、add point to ground（加地面點(diǎn)）等按鈕，可以根據(jù)實(shí)際需要在Microstation v8的workspacefunction keys中添加設(shè)置。

4.2 模型色表循環(huán)次數(shù)設(shè)置

在TerraSolid軟件中，構(gòu)建的陰影模型的高程是以色彩來(lái)區(qū)分的，在實(shí)際的處理過(guò)程中，如果作業(yè)員不能從模型中清晰的判讀地貌的高低起伏，就會(huì)影響處理精度，所以靈活運(yùn)用色表循環(huán)次數(shù)很有必要。

圖7 色表循環(huán)次數(shù)的差異

具體的色表循環(huán)次數(shù)要按實(shí)際情況來(lái)定，次數(shù)越多，反應(yīng)的細(xì)節(jié)越多，以浙江沿海地區(qū)為例，色表循環(huán)1到8次即可，在平地或山地一般循環(huán)1-3次，在平山地處根據(jù)山的高度可適當(dāng)增加循環(huán)次數(shù)。

5 特殊區(qū)域處理方法

因?yàn)槔走_(dá)技術(shù)本身的缺陷和地面情況的不同，在實(shí)際點(diǎn)云精處理過(guò)程中會(huì)存在一些難點(diǎn)。以下是對(duì)常見(jiàn)的3種難點(diǎn)地形處理的方法。

5.1 山塘水庫(kù)區(qū)域

山塘水庫(kù)區(qū)域往往沒(méi)有點(diǎn)云回波，造成本來(lái)應(yīng)該水平的靜水面有高低起伏，不符合實(shí)際情況，在DEM反生成等高線中也會(huì)產(chǎn)生等高線落水的問(wèn)題。所以必須對(duì)有起伏的山塘水庫(kù)區(qū)域處理，以符合實(shí)際情況和作業(yè)要求。在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，利用特征線對(duì)水面賦高程值的方法能有效解決這個(gè)問(wèn)題。

具體的步驟如下：

（1）根據(jù)DOM和已有的DEM模型勾畫(huà)山塘水庫(kù)的范圍線。

（2）對(duì)范圍線賦高程值，高程應(yīng)略低于周?chē)孛病?/p>

（3）利用范圍線將山塘水庫(kù)內(nèi)地面點(diǎn)分類(lèi)到非地面點(diǎn)中。

（4）將范圍線導(dǎo)出為離散點(diǎn)，再將這些離散點(diǎn)作為參與DEM構(gòu)建的點(diǎn)加入到原點(diǎn)云中。

圖8 山塘水庫(kù)區(qū)域處理效果

5.2 成片茂密植被區(qū)域

由于激光雷達(dá)本身的局限性，成片茂密植被區(qū)域往往只有少數(shù)的地面點(diǎn)。在自動(dòng)濾波過(guò)程中往往會(huì)把低矮成片植被誤濾成地面點(diǎn)，有些地方甚至?xí)霈F(xiàn)田高于田埂路面的明顯錯(cuò)誤。在浙江地區(qū)這類(lèi)區(qū)域（如大片的水稻田）很常見(jiàn)。這類(lèi)區(qū)域是點(diǎn)云精處理的重點(diǎn)，同時(shí)也是難點(diǎn)。在實(shí)際的操作過(guò)程中，總結(jié)的一個(gè)相對(duì)有效的方法法如下：

（1）圈出植被覆蓋區(qū)域，把區(qū)域內(nèi)點(diǎn)云都還原成非地面點(diǎn)。

（2）根據(jù)植被的具體情況對(duì)已經(jīng)還原的區(qū)域作參數(shù)嚴(yán)格的自動(dòng)濾波，參數(shù)設(shè)置如下：

Max building size一般是30到60數(shù)值越小濾成地面點(diǎn)越多，當(dāng)畫(huà)的框特別小時(shí)可以設(shè)更小一點(diǎn)。Iteration angle在 1到 3之間，Iteration distance在0.1到0.5。

（3）對(duì)經(jīng)過(guò)自動(dòng)濾波的點(diǎn)云做人工精處理，以去除剩余明顯高于地面的植被和添加誤濾除的線狀地物。經(jīng)過(guò)如上處理成片植被茂密地區(qū)一般都能達(dá)到處理要求。

圖9 成片茂密植被區(qū)域處理效果

5.3 成片池塘區(qū)域

由于自動(dòng)濾波的局限性，成片池塘區(qū)域的塘埂往往會(huì)被濾掉一部分保留一部分，嚴(yán)重影響DEM的精度和美觀度。由于這種區(qū)域塘埂數(shù)量較多，所以單一做切面補(bǔ)塘埂的方法會(huì)耗費(fèi)大量的人工處理時(shí)間。在實(shí)際的操作過(guò)程中也總結(jié)出了相對(duì)有效的方法，和成片茂密植被區(qū)域的處理方法類(lèi)似，但是自動(dòng)濾波的參數(shù)不同，Iteration angle在10到20之間，Iteration distance在1到5之間比較合適。在不增加非地面點(diǎn)的前提下，用自動(dòng)濾波獲得缺失塘埂的方法能提高生產(chǎn)效率。

圖10

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展，雷達(dá)技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域中的運(yùn)用會(huì)越來(lái)越廣泛。但新技術(shù)的成熟必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的探索和總結(jié)。本文總結(jié)了雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)精處理過(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)，能為實(shí)際的雷達(dá)點(diǎn)云精處理提供一些參考和借鑒。

［1］張小紅，劉經(jīng)男.機(jī)載激光掃描測(cè)高數(shù)據(jù)濾波［J］，測(cè)繪科學(xué)，2004，29（6）:50-52.

［2］張小紅 機(jī)載激光掃描測(cè)高數(shù)據(jù)濾波及地物提?。跠］，［博士學(xué)位論文］，武漢大學(xué)，2002.