基于LIDAR點(diǎn)云自動(dòng)生成等高線的濾波方法

雷剛，夏波，吳軍，謝勇

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

近幾年，激光雷達(dá)攝影測量在大范圍地形圖測量中得到應(yīng)用與發(fā)展。雖然繁重的外業(yè)測量工作強(qiáng)度減輕，但是地形圖繪制的內(nèi)業(yè)工作量卻很繁重。等高線是地形圖的重要組成部分，基于雷達(dá)點(diǎn)云自動(dòng)生成的等高線卻有不少波浪，如何快速濾除這些波浪，減少繁瑣的內(nèi)業(yè)工作量，提高工作效率尤為重要。前人對(duì)等高線修改進(jìn)行了大量研究，結(jié)合分段三次多項(xiàng)式與Akima法對(duì)等高線進(jìn)行平滑處理[1]，提出了曲線逐點(diǎn)抽稀篩選法。本文在前人的研究基礎(chǔ)上，針對(duì)上述問題，提出“步長濾波法”，并利用VBA語言編程解決此問題[2]。

2 基于雷達(dá)點(diǎn)云自動(dòng)生成的等高線存在的問題

基于LIDAR點(diǎn)云利用Global Mapper地圖繪制軟件自動(dòng)生成等高線是非常快速的，但自動(dòng)生成的等高線上有許多波浪，不符合地形圖矢量化的要求（見圖1），我們需要將這些波浪濾除掉，才能使我們的等高線平滑美觀（見圖2）。

圖1 自動(dòng)生成的原始等高線圖

圖2 平滑的等高線

3 步長濾波算法

3.1 算法思路

一條等高線由許多節(jié)點(diǎn)連線組成，每相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間的距離有的長有的短，而等高線上的波浪所在位置的節(jié)點(diǎn)較密，相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離較短，只要選擇合適的步長，就能將這些波浪濾除。

3.2 程序設(shè)計(jì)流程

程序設(shè)計(jì)流程如圖3所示。

圖3 程序設(shè)計(jì)流程

3.3 具體編程源代碼

4 案例分析

4.1 案例介紹

本案例來源于某條高速公路項(xiàng)目1：2000地形圖繪制中等高線修改任務(wù)。本項(xiàng)目部分等高線節(jié)選展示，圖4為濾波前山地丘陵地形，圖5為平緩地形濾波前等高線。

圖4 山地丘陵地形濾波前

圖5 平緩地形濾波前

4.2 濾波效果分析

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)確定，山地丘陵以步長7m、平緩地形以步長10m進(jìn)行濾波處理，效果最佳。最佳濾波效果分別見圖6-7。

圖6 山地丘陵地形等高線濾波后效果

圖7 平緩地形等高線濾波后效果

5 結(jié)語

①等高線步長濾波法關(guān)鍵在于針對(duì)不同的地形選取不同的步長參數(shù)進(jìn)行濾波，山地丘陵地區(qū)選擇較小的步長參數(shù)，平緩地區(qū)選擇較大的步長參數(shù)，就可有效濾除波浪。

②效率方面。本案例39.6km2，6064根等高線，若采用人工手動(dòng)修改需耗時(shí)7d～10d工作日，本案例自動(dòng)濾波耗時(shí)1min23s，手動(dòng)重復(fù)濾波耗時(shí)23min38s，相比純?nèi)斯ば薷牡雀呔€效率提高134倍至192倍。