史長斌，曹愛民

基于LIDAR點云數(shù)據(jù)進行基礎測繪精細DEM制作

史長斌，曹愛民

（寧夏國土測繪院，寧夏銀川750002）

隨著機載激光LIDAR數(shù)據(jù)獲取及處理技術的快速發(fā)展，點云數(shù)據(jù)精度迅速提升，對提高地形圖精度意義重大。文中通過使用LiDAR_Suite點云數(shù)據(jù)處理軟件，完成從龐大數(shù)據(jù)量的原始點云數(shù)據(jù)到基礎地理信息測繪產品生產（含DEM、DOM、等高線、DLG）的全部流程，根據(jù)項目具體情況對參數(shù)進行合理設置，制作生成符合規(guī)范技術要求、精度高、質量佳的測繪產品地形圖。

基礎測繪；機載LIDAR；點云數(shù)據(jù)；DEM

1 概況

基礎地理信息作為國家建設規(guī)劃中的一項重要資料，其精度、現(xiàn)勢性要求也越來越高，原有的更新主要通過大比例尺圖形進行縮編更新，利用航測法進行傳統(tǒng)的更新，利用遙感影像進行更新，已不適應當前信息發(fā)展的需要。通過航攝獲取點云數(shù)據(jù)及同步高分辨率的航攝影像數(shù)據(jù)進行測繪生產，基礎測繪由原來的外-內作業(yè)模式逐步轉化為內-外-內作業(yè)模式，極大地減少了外業(yè)調繪工作，也為地形地貌成圖精度達到了一個新的高度，不但提高產品精度和精細程度，同時滿足了國民經濟建設的需要。

2 利用LiDAR點云數(shù)據(jù)進行基礎測繪生產技術路線

寧夏國土測繪院開展吳忠測區(qū)100幅1∶10 000基礎測繪更新生產項目，于2016年6月至7月使用IMU/GNSS輔助航空攝影技術航攝，LiDAR數(shù)據(jù)獲取采用AX80航攝儀，影像獲取采用飛思IQ180，機載LiDAR數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)同步，航攝影像采用非壓縮Tiff格式，點云數(shù)據(jù)采用Las格式，POS數(shù)據(jù)采用TXT格式。影像地面分辨率為0.239 m，影像航向重疊范圍為56%～83%，旁向重疊35%～55%。LIDAR點間距為0.993 m，LiDAR旁向重疊范圍為30%～50%。確定從數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）、DOM數(shù)據(jù)、數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)據(jù)生產的數(shù)路線，結合項目基礎測繪項目生產對LiDAR點云數(shù)據(jù)進行精細DEM生產技術進行探討。

3 LiDAR點云數(shù)據(jù)分析及處理

3.1 點云數(shù)據(jù)的精度檢校

在獲取點云數(shù)據(jù)后，需要對攝區(qū)內進行精度驗證和檢校場檢校。精度驗證區(qū)的選擇需滿足以下條件：距離CORS基站和檢校場較遠、精度相對較弱且外業(yè)控制實施容易的區(qū)域，不同精度驗證區(qū)應選在不同地形條件、不同航線且相距較遠的區(qū)域。選擇精度驗證區(qū)面積大約18 km2，每個攝區(qū)最少選擇3個驗證區(qū)，每個驗證區(qū)選取不少于20個檢測點，以保證精度滿足成圖要求，并出具精度檢測報告。驗證的內容為空間參考系以及位置精度，采用TerraSolid軟件對樣本數(shù)據(jù)與檢查點進行精度比對，并統(tǒng)計精度值。

3.2 點云數(shù)據(jù)預處理

利用LiDAR_Suite對海量機載LiDAR點云數(shù)據(jù)多種方式的工程分塊組織和管理，對點云數(shù)據(jù)進行航帶拼接、分塊處理，利用軟件宏處理功能，將濾波分類等功能模塊成功加載到主程序框架上，按一定的順序執(zhí)行相關功能，把它們封裝到一個宏上面。對點云數(shù)據(jù)進行批處理，按照后續(xù)數(shù)據(jù)生產單元進行數(shù)據(jù)提供。

3.3 點云數(shù)據(jù)自動濾波處理

對分塊后的生產單元點云數(shù)據(jù)進行分類，采用低點濾除、空中點濾除、Tin加密濾波等預處理操作自動提取地面點。通過濾波處理的點云數(shù)據(jù)只能處理部分參數(shù)限制外的點數(shù)據(jù)，如果要獲得精細的地面點，還需要人工編輯。

3.4 點云數(shù)據(jù)人工編輯處理

1）在自動分類的基礎上，通過人機交互編輯，獲取精細的地面點。在人機交互編輯地面點云時，為了方便觀察點云信息，只顯示地面點數(shù)據(jù)，同時對其進行渲染操作；在對某一具體地物無法判別時，可以顯示未分類點或剖面顯示來輔助判別地物。針對不同地物或地形，運用不同編輯工具對點云進行修正。

2）對于復雜的建筑物地基，使用矢量加點方法修正；對高于或低于地表的少量點進行局部編輯濾波；對與地面平齊的橋梁或小路漏損、山坡上由于地形及樹木形成的多毛刺現(xiàn)象，使用局部編輯（平面、曲面或Tin）濾波算法修正。

3）水體對激光的吸收作用，清澈水系（如江流、湖泊）沒有回波信息，缺少點云導致水面的不平整現(xiàn)象，采用矢量加點方式修正；江流、湖泊等由于水中船只、漂浮物導致的水面高低不平現(xiàn)象，使用矢量約束方式修正DEM。

3.5 以水域處理為例闡述精細DEM點云漏洞補測

靜止水域點云高程相差不超過DEM中誤差時，可不進行置平處理。高程差大于DEM高程中誤差時，需要進行水域高程置平處理。面積大于4 m×4 m靜止水面，如池塘、湖泊、水庫應進行置平處理；寬度大于4 m河流水涯線上的高程值應從上游到下游逐漸降低，水涯線同一平面位置水涯線高程值相同；溝渠寬度4 m以內的可不作水域點的精細分類；寬度大于4 m及面狀水域在制作DEM時均需置平。水面置平時先畫水涯線，把水涯線內的點云分到DSM層，并對水涯線賦予實際高程，將具有高程信息的水涯線轉為對象，并按一定距離進行內插轉為特征點，加載特征點到點云數(shù)據(jù)，重構DEM實現(xiàn)置平。

3.6 精細DEM成果制作生成

利用LiDAR_Suite的DEM生產模塊，對經過精細編輯處理的離散點云數(shù)據(jù)，按照生產技術要求的格網(wǎng)尺寸，進行內插計算輸出高精度的DEM成果。

1）簡單DEM生成

利用制作好的點云數(shù)據(jù)，選擇地面點，格網(wǎng)間距采用1 m，三角網(wǎng)型最小角度采用10。度，邊長最大值為100 m，邊緣填充使用3個像素，這樣生成出來的等高線是純數(shù)學擬合內插的方法，基本不顧及平面坐標和高程之間的潛在關系（如道路垂直坡向的高程相等，靜止水面高程相等且低于周圍點高程）。使等高線產生失真現(xiàn)象，不能真正反映地形特征。

2）顧及語義信息的DEM生成

將語義信息納入點云格網(wǎng)化生成的高程格網(wǎng)具有更高的語義一致性，更適合用于三維可視化和真正攝影像的生成。通過繪制矢量約束的邊界運用自定義的內插方式，進行高程值約束，在選取的點云類別中只選取地面點的點云數(shù)據(jù)，進行DEM生成。這樣能得到高精度的模型。

3）顧及接邊問題的DEM生成

點云數(shù)據(jù)處理通常在分塊后進行，在此基礎生成DEM時，為了保證DEM的準確性需要考慮DEM各分塊數(shù)據(jù)間的接邊問題，視空洞大小對點云邊界外擴處理后再進行DEM生成圖。

4 結語

快速發(fā)展的機載LiDAR測量技術為獲取高時空分辨率的地球空間信息提供了全新的技術手段，逐漸替代傳統(tǒng)的航空攝影測量，所獲取的測量三維數(shù)據(jù)更精確，進而獲取地表物體的垂直結構形態(tài)，同時結合地物影像，能更好地增強對地物的判別能力。機載LiDAR所獲取的點云數(shù)據(jù)量非常龐大，在測繪、城市建、地質災害監(jiān)測等領域發(fā)揮重要作用，利用點云數(shù)據(jù)能更好地反映地形地貌的真實形態(tài)，極大地提高了測繪產品生產工作效率和產品質量，LiDAR技術及方法研究推廣意義重大。

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TN919 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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1002—0624（2017）12—0059—02

2017-05-31