基于LiDAR的測高數據制作DEM方法

　　1 機載激光掃描獲得地形高程原理

　　機載激光掃描測高獲得地形高程的原理是將激光脈沖測距儀安置在妞行器上，通過(guò)記錄激光脈沖從發(fā)射機發(fā)射到地面后經(jīng)地面目標物反射后的時(shí)間延遲，然后再乘以光速c，以此來(lái)精確測定發(fā)射點(diǎn)到地面反射點(diǎn)（激光腳點(diǎn)）的斜距。同時(shí)機載的慣性測量系統（IMU）測定飛行器在空問(wèn)的姿態(tài)參數（側滾角、仰俯角和航向角），而GPS提供飛行器精確的位胃信息，在后續內業(yè)處理中，在提供的IMU確定的姿態(tài)信息，GPS測定的飛機飛行航跡數據以及激光脈沖測定的傾斜距離基礎上，可求出個(gè)激光點(diǎn)精確的三維空間直角坐標（X，y，Z）。通過(guò)一定寬度的掃描，就可獲得具有大量地面點(diǎn)的三維坐標。本次使用的是ALTM3100系統， ALTM系統同步采集激光地形數據和航空影像數據，可以生成DEM、DOM、DSM，極大地豐富了航攝成果的類(lèi)型。

　　2 選用LIDAR獲取較高精度的地形數據的優(yōu)勢

　　LiDAR激光掃描技術(shù)是一種主動(dòng)式遙感手段，利用激光脈沖對目標地物進(jìn)行掃描，接收回波信息以測定地物。LiDAR激光掃描系統可以同時(shí)接收地面四次回波信息，這樣，激光點(diǎn)就可以穿透植被，準確的獲取植被覆蓋區域的地形信息。即使是測區山區面積廣，植被覆蓋密度大，利用激光數據可以獲得高質(zhì)量的地形數據。

　　3 DEM技術(shù)要求

　?。?）DEM采樣間隔。

　　1∶10000比例尺DEM采樣間隔為5m。

　?。?）DEM 格網(wǎng)點(diǎn)精度。

　　高程數據取位至0.1m。

　?。?）DEM 接邊差。

　　同名點(diǎn)高程較差不得超過(guò)一個(gè)等高距。

　?。?）DEM 分幅裁切。

　　DEM按內圖廓外接矩形裁切。

　　4 激光數據處理流程

　　針對激光數據處理，遵循以下原則。

　?。?）解算原則、方法：實(shí)際解算，采用多邊形范圍輸出，以單條航線(xiàn)存儲為一個(gè)激光點(diǎn)文件；采用WGS84橢球，UTM投影坐標系。

　?。?）POS處理說(shuō)明：處理基站數據時(shí)，由觀(guān)測手簿獲得基站坐標及天線(xiàn)高；使用基站時(shí)，盡可能多的使用離測區范圍最近的所有基站，并且加載靜態(tài)初始化數據。

　?。?）航帶重疊處理：航線(xiàn)與航線(xiàn)之間重疊的部分，根據航線(xiàn)，需將重疊部分的冗余數據剔除出去，以減小數據量。

　　激光數據處理的技術(shù)流程如下：①原始數據解碼：利用地面預處理系統對采集的原始激光數據與POS數據進(jìn)行解碼，從而獲得GPS文件，IMU文件，激光點(diǎn)文件等。②POS數據處理：機載POS與地面基站GPS進(jìn)行差分和融合，獲得精確坐標。③激光數據處理：處理后的POS數據與激光點(diǎn)數據融合，獲得地面坐標；輸出激光點(diǎn)文件。

　　5 DEM、DSM生產(chǎn)

　　5.1 激光點(diǎn)濾波

　　根據地形情況，首先剔除噪聲點(diǎn)，包括云、折射等造成的高程異常點(diǎn)；然后設定適合的參數，TerraScan軟件自動(dòng)提取地面點(diǎn)。

　　5.2 航線(xiàn)接邊處理

　　將POS數據生成的航跡成果信息，加載到激光點(diǎn)文件中，給激光點(diǎn)指定航線(xiàn)號，根據激光點(diǎn)的位置及姿態(tài)，對重疊區域進(jìn)行自動(dòng)裁切及拼接。

　　5.3 激光點(diǎn)編輯

　　將分類(lèi)后的數據打開(kāi)，單獨察看ground層，如果發(fā)現地形有明顯錯誤或分類(lèi)效果沒(méi)有達到標準，則需要將這部分數據重新進(jìn)行分類(lèi)計算。

　　5.4 DEM輸出

　　Ground點(diǎn)編輯完成之后，以規定的標準格式，輸出DEM。

　　5.5 利用編輯好的DEM數據生成DSM

　?。?）利用PCI公司開(kāi)發(fā)的LIDAR數據處理模塊LidarEngine軟件，導入激光點(diǎn)云數據（*.las格式）。生成DSM為了直觀(guān)檢查DEM的錯誤。

　?。?）使用LIDAR處理算法，生成激光數據DSM影像。

　　檢查DSM數據，地形高程異?；虍a(chǎn)生漏洞區域，需要重新修改原始LAS數據和DEM數據，再次生成新的DSM檢查。

　　5.6 成果精度

　　激光LIDAR獲取的DEM高程精度應滿(mǎn)足30 cm，平面精度應小于1 m。

　　5.7 精度超限解決方案

　　當成果精度經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測，不能滿(mǎn)足項目要求時(shí)，需要對激光數據進(jìn)行精度超限改正。有兩種方法。

　?。?）通過(guò)外業(yè)控制測量，對激光點(diǎn)進(jìn)行糾正處理，使其精度提高。

       （2）在測區內，垂直航線(xiàn)方向補飛兩條（一個(gè)架次內），以垂直補飛數據與原有數據進(jìn)行匹配（Match），得出改正參數。

　　5.8 成圖輸出

　　格式轉換之后的數據按照1∶10000標準圖廓進(jìn)行分幅，作為成果提供使用。

　　6 結語(yǔ)

　　機載激光掃描測高涉及的實(shí)際應用很多，是一個(gè)典型的3S集成系統，隨著(zhù)機載激光掃描測高技術(shù)的不斷成熟和數據處理算法的不斷完善，機載激光掃描測高技術(shù)的應用領(lǐng)域會(huì )越來(lái)越廣，特別是對于機載激光掃描測高技術(shù)。目前的發(fā)展趨勢表現在以下幾個(gè)方面，利用機載激光掃描測高數據建立大范圍高精度數字地面模型；利用機載激光掃描測高數據建立3D城市模型；緊急如滑坡測繪等災害事件的快速反應及變化監測；進(jìn)行森林資源的管理和評估；海岸地帶測繪等。

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