基于機載LiDAR點云數(shù)據(jù)精細DEM生產(chǎn)中數(shù)據(jù)精處理的研究

顧春墚

（浙江省第二測繪院 浙江杭州 310012）

基于機載LiDAR點云數(shù)據(jù)精細DEM生產(chǎn)中數(shù)據(jù)精處理的研究

顧春墚

（浙江省第二測繪院 浙江杭州 310012）

機載激光雷達數(shù)據(jù)的處理是自動濾波和DEM成果生成之間一個最關(guān)鍵的步驟，精處理的效率和處理精度直接決定了整個DEM制作過程的效率和成果的精度。以Terrasolid機載激光雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為基礎，介紹在Microstation v8平臺下進行快速LiDAR點云數(shù)據(jù)精處理的方法。

LiDAR；數(shù)據(jù)精處理；DEM

1 引言

機載LiDAR點云數(shù)據(jù)精處理即點云數(shù)據(jù)的手工精處理，該過程是在對點云條帶數(shù)據(jù)進行拼接精度檢查、絕對精度檢查、工程分塊、分航線切割及初步自動濾波后，針對自動濾波不合理和不到位的地方進行的手工精處理。在整個點云數(shù)據(jù)處理過程中，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LiDAR點云數(shù)據(jù)處理的工作效率。同時處理是否到位，裸地表點是否完整保留，非地表點是否被剔除，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點云數(shù)據(jù)，研究在基于Microstation v8平臺的Terrasolid軟件下進行點云精處理的方法。

表1 航飛參數(shù)

2 點云數(shù)據(jù)精處理要求

依據(jù)國標和本次數(shù)據(jù)處理的設計要求，處理精度要求如下：

表2 DEM精度要求

3 點云數(shù)據(jù)精處理方法

圖1 點云數(shù)據(jù)處理流程圖

點云數(shù)據(jù)處z理過程中，精處理是利用TerraScan軟件中的各種手工分類工具，修改點云自動分類錯誤。

（1）用分類的結(jié)果制作點云高程暈渲圖。

（2）檢查暈渲圖是否存在突變區(qū)域。若整個圖形過渡平滑，表示分類較好。若有突變，則可能存在非地面點，需將暈渲圖與數(shù)據(jù)疊加，找到突變處，檢查是否存在分類錯誤（若有對應影像可參考影像）。

（3）將地面點、非地面點與暈渲圖套合，在分類出錯區(qū)域截取斷面，仔細查看周邊的點，并結(jié)合影像分析分類錯誤的原因，并進行修改。

（4）重復步驟（1）-（3），直到符合下列要求：

（1）平地一般較平坦，沒有明顯突出的點出現(xiàn)。田塊中塊狀明顯高出模型（高差≥40cm）的植被點需分類到非地面點類，不對點云做置平和修改高程值的處理。

圖2 田塊中點云處理效果

（2）山地坡度過渡平滑自然，沒有明顯突變的點出現(xiàn)。

圖3 山地中點云處理效果

（3）高速公路、河流等與周圍的地物相比，高度變化一般較明顯，但沒有孤立的明顯突出的點出現(xiàn)。

圖4 高速公路點云處理效果

（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云數(shù)據(jù)。

圖5 立交橋點云處理效果

（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云數(shù)據(jù)。

圖6 堤壩點云處理效果

4 機載LiDAR點云精處理細節(jié)

正確高效的處理方法是點云精處理的基礎，以下是幾個實際作業(yè)過程中要注意的處理細節(jié)。

4.1 快捷鍵設置

精處理的過程中需要大量的手工操作，所以應對常用的功能設置相應的快捷鍵。在實際處理中，設置合理快捷鍵能使效率提高一倍左右。

實際的操作中常用的功能一般是classify above line（對劃線上部點云進行分類）、classify below line（對劃線下部點云進行分類）、classify using brush（分類刷）等三個點云分類功能按鈕和draw vertical section（提取點云切面）、rebuild editablemodel（刷新模型）、place shape（畫框）、add point to ground（加地面點）等按鈕，可以根據(jù)實際需要在Microstation v8的workspacefunction keys中添加設置。

4.2 模型色表循環(huán)次數(shù)設置

在TerraSolid軟件中，構(gòu)建的陰影模型的高程是以色彩來區(qū)分的，在實際的處理過程中，如果作業(yè)員不能從模型中清晰的判讀地貌的高低起伏，就會影響處理精度，所以靈活運用色表循環(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)要按實際情況來定，次數(shù)越多，反應的細節(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)山的高度可適當增加循環(huán)次數(shù)。

5 特殊區(qū)域處理方法

因為雷達技術(shù)本身的缺陷和地面情況的不同，在實際點云精處理過程中會存在一些難點。以下是對常見的3種難點地形處理的方法。

5.1 山塘水庫區(qū)域

山塘水庫區(qū)域往往沒有點云回波，造成本來應該水平的靜水面有高低起伏，不符合實際情況，在DEM反生成等高線中也會產(chǎn)生等高線落水的問題。所以必須對有起伏的山塘水庫區(qū)域處理，以符合實際情況和作業(yè)要求。在實際作業(yè)過程中，利用特征線對水面賦高程值的方法能有效解決這個問題。

具體的步驟如下：

（1）根據(jù)DOM和已有的DEM模型勾畫山塘水庫的范圍線。

（2）對范圍線賦高程值，高程應略低于周圍地貌。

（3）利用范圍線將山塘水庫內(nèi)地面點分類到非地面點中。

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

圖8 山塘水庫區(qū)域處理效果

5.2 成片茂密植被區(qū)域

由于激光雷達本身的局限性，成片茂密植被區(qū)域往往只有少數(shù)的地面點。在自動濾波過程中往往會把低矮成片植被誤濾成地面點，有些地方甚至會出現(xiàn)田高于田埂路面的明顯錯誤。在浙江地區(qū)這類區(qū)域（如大片的水稻田）很常見。這類區(qū)域是點云精處理的重點，同時也是難點。在實際的操作過程中，總結(jié)的一個相對有效的方法法如下：

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

（2）根據(jù)植被的具體情況對已經(jīng)還原的區(qū)域作參數(shù)嚴格的自動濾波，參數(shù)設置如下：

Max building size一般是30到60數(shù)值越小濾成地面點越多，當畫的框特別小時可以設更小一點。Iteration angle在 1到 3之間，Iteration distance在0.1到0.5。

（3）對經(jīng)過自動濾波的點云做人工精處理，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)過如上處理成片植被茂密地區(qū)一般都能達到處理要求。

圖9 成片茂密植被區(qū)域處理效果

5.3 成片池塘區(qū)域

由于自動濾波的局限性，成片池塘區(qū)域的塘埂往往會被濾掉一部分保留一部分，嚴重影響DEM的精度和美觀度。由于這種區(qū)域塘埂數(shù)量較多，所以單一做切面補塘埂的方法會耗費大量的人工處理時間。在實際的操作過程中也總結(jié)出了相對有效的方法，和成片茂密植被區(qū)域的處理方法類似，但是自動濾波的參數(shù)不同，Iteration angle在10到20之間，Iteration distance在1到5之間比較合適。在不增加非地面點的前提下，用自動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

隨著科技的發(fā)展，雷達技術(shù)在測繪領(lǐng)域中的運用會越來越廣泛。但新技術(shù)的成熟必須經(jīng)過一段時間的探索和總結(jié)。本文總結(jié)了雷達點云數(shù)據(jù)精處理過程中的一些經(jīng)驗，能為實際的雷達點云精處理提供一些參考和借鑒。

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

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