激光LIDAR航空攝影獲取點(diǎn)云數據后做什么工作？

在昨天的《激光LIDAR開(kāi)展航空攝影任務(wù)有哪些流程？》一文中我們了解了機載激光雷達工作中從數據獲取到最終成果的整個(gè)流程。其中有一步流程需要對點(diǎn)云數據預處理，那么對于點(diǎn)云處理有怎樣的工藝流程呢？

一、點(diǎn)云預處理

航空攝影完成的激光點(diǎn)云數據是以航線(xiàn)為單元提供的,一方面數據量大,另一方面航線(xiàn)間存在重疊。 為便于后期作業(yè),需要按作業(yè)單元進(jìn)行相關(guān)的鑲嵌和裁切工作,形成管理和作業(yè)的數據處理單元。

1.鑲嵌線(xiàn)的確定

在鑲嵌線(xiàn)繪制過(guò)程中,重點(diǎn)考慮以下要求:

(1)航線(xiàn)接邊差應滿(mǎn)足設計要求;

(2)鑲嵌線(xiàn)應盡量選擇在重疊處的中央;

(3)因激光掃描日期引起航線(xiàn)間地物存在明顯差異時(shí),鑲嵌線(xiàn)應盡量沿溝渠、行樹(shù)、鄉村路等帶狀覆蓋的中心區域繪制,平原區域作物生長(cháng)差異明顯時(shí)尤其要避免在大面積平坦耕地中穿過(guò)。

2.噪聲濾除

采用機載激光雷達掃描法獲取的點(diǎn)云數據,在測量過(guò)程中不可避免地混有不合理的噪聲點(diǎn),噪聲點(diǎn)的產(chǎn)生主要是由儀器的系統誤差和被測對象的物理特性引起的。噪聲點(diǎn)分為高于或低于地面的、孤立的、不成群的噪聲點(diǎn)和與真實(shí)地表高差較小的、與地面點(diǎn)混合在一起的噪聲點(diǎn)。

二、點(diǎn)云分類(lèi)

利用點(diǎn)云處理軟件提供的點(diǎn)云分類(lèi)工具,采用人機交互的方式,對機載激光點(diǎn)云數據進(jìn)行半自動(dòng)化分類(lèi),為后期的人工分類(lèi)和編輯提供初分類(lèi)后的階段點(diǎn)云分類(lèi)成果。

非地面點(diǎn)的主要反射體為構筑物和植被,其濾波過(guò)程較為復雜,其濾波質(zhì)量對處理人員的業(yè)務(wù)能力要求較高,在進(jìn)行人機交互點(diǎn)云分類(lèi)處理時(shí),應遵循以下原則:

1)以分幅數據為作業(yè)單元,根據地表覆蓋類(lèi)型、點(diǎn)云掃描日期的差異等,適當劃分交互處理單元,處理單元范圍線(xiàn)應予以保存;

2)理解分類(lèi)工具的計算原理,能夠熟練、靈活、綜合地利用相關(guān)分類(lèi)工具;

3)測試調整相關(guān)參數設置,確保達到最優(yōu)分類(lèi)效果,減少后期人工分類(lèi)工作量,由于設備、地形、季節、氣候等多方面原因,無(wú)法確定固定參數,只能根據分類(lèi)后的情況確定具體參數;

4)在利用數字正射影像輔助作業(yè)時(shí),應分析其航攝日期與點(diǎn)云數據間的差異性。

1 自動(dòng)分類(lèi)要求

人機交互點(diǎn)云分類(lèi)所實(shí)現的處理效果,在客觀(guān)上受地物覆蓋類(lèi)型的影響極大,應能夠滿(mǎn)足以下要求:

1)喬木林地與其覆蓋的地面點(diǎn)應充分識別并分類(lèi),包括自然生長(cháng)的林地、果園、散樹(shù)、行道樹(shù)等;

2)灌木林地與其覆蓋的地面點(diǎn)應盡可能予以識別并分類(lèi),根據高山地、山地、丘陵地、平原 4 個(gè)地形類(lèi)別對高程精度的不同要求,適當調整處理參數,尤其是平原、丘陵區域,高程精度要求較高,在處理過(guò)程中應有所側重;

3)大田作物根據其作物種類(lèi)、生長(cháng)態(tài)勢、種植密度,最大程度地實(shí)現地面點(diǎn)的分離,因客觀(guān)條件限制而不能實(shí)現有效分類(lèi)的,留待下道工序手工處理。

2 人工分類(lèi)要求

1)居民區

(1)將自動(dòng)分類(lèi)錯歸為地表類(lèi)的建筑物表面點(diǎn)、地面上的雜物點(diǎn)、墻角或墻面點(diǎn)、露天設備、假山石、煤堆上的點(diǎn)(被吸收比較少)及草堆、柴堆、垃圾箱、垃圾等臨時(shí)性堆積物上的點(diǎn)都分到非地面點(diǎn);

(2) 房屋下的房基形狀完整,在能滿(mǎn)足精度要求的前提下,比較美觀(guān)地保留和取舍點(diǎn),形狀不完整的在確定地形的形狀或位置時(shí)可降點(diǎn)保持地基完整保留,很小的、單獨的一個(gè)地基刪掉,地基以上的點(diǎn)全部分到非地面點(diǎn);

(3)房區中所有道路點(diǎn)都要保留,連接地面與建筑物的階梯路,如大禮堂、劇院、單位門(mén)前的臺階均分到非地面點(diǎn);

(4)房區里的圍墻、樹(shù)木、草堆、雜物、大型的人為堆出來(lái)的臨時(shí)性土堆分到非地面點(diǎn)。

2)水系及設施

(1)大面積水草的處理,具有一定高度的或漂浮在水面上的比較密集的水草,能根據周?chē)匦闻袛喑鼍哂幸欢ǜ卟畹?放在水域層;

(2)干涸的水域點(diǎn)均分到地面點(diǎn)層,干溝、溢洪道、干涸的地面支渠分到地面點(diǎn)層;

(3)主要堤、攔水壩、一般堤、防波堤分到地面點(diǎn);

(4)水面上的噪聲點(diǎn)、漂浮物以及植被等產(chǎn)生的點(diǎn)云均分到水域層。

3)道路及設施

(1)高速公路、各級公路的隔離帶分到非地面點(diǎn);

(2)車(chē)行橋、立交橋、下跨道等與陸地相交處要拉斷面仔細分出橋面、下跨道與地面的相交部位,架空部分的點(diǎn)分到架空路面類(lèi);

(3)過(guò)街天橋、人行橋與地面相連的部分點(diǎn)云分到地面點(diǎn)類(lèi),架空部分的點(diǎn)分到架空路面類(lèi);

(4)道路上的汽車(chē)、行人等非地面點(diǎn)云分到噪聲層。

三、地面約束要素

激光點(diǎn)云數據表示地面模型,受飛行時(shí)間、點(diǎn)云間距、遮蔽、特殊反射等條件的限制以及客觀(guān)世界復雜性的影響,部分地形特征需要使用二、三維矢量數據作為地形表面約束要素,對其進(jìn)行補充約束,才能合理表示出地面模型。

地形地面約束要素,是以矢量數據的形式來(lái)補充點(diǎn)云數據的漏洞或對地形變化處進(jìn)行約束,地形表面約束要素包括點(diǎn)、線(xiàn)、面 3 類(lèi)矢量形式,起到補充、替換、強制變化等作用。

約束要素基本要求如下:

1)出現下列情況時(shí),應通過(guò)表面約束要素對激光點(diǎn)云局部缺陷區域進(jìn)行補充約束。

(1)在激光點(diǎn)云受到激光掃描角度的影響,造成山體模型局部失真的情況下,應利用已有成果作為補充彌補激光點(diǎn)云漏洞區域;

(2)公路、河渠、水庫等處因植被遮蔽造成有效地面點(diǎn)云明顯不足,與無(wú)植被遮蔽區域的同類(lèi)地面模型比較,視覺(jué)效果差異較大的帶狀區域,應采集硬斷線(xiàn)或離散高程注記點(diǎn)對局部地面模型進(jìn)行細化處理。

2)水體約束要素優(yōu)化處理湖泊、水庫、坑塘及雙線(xiàn)水等,應采集約束線(xiàn)進(jìn)行水域置平或平差。

制作 DEM 時(shí),按照點(diǎn)云采集約束線(xiàn),高程賦值應為數據獲取時(shí)的瞬時(shí)水位高;制作等高線(xiàn)時(shí),如果DLG 數據的現勢性好,以 DLG 水域線(xiàn)作為特征面,如果點(diǎn)云的現勢性好,則按照點(diǎn)云采集。 流動(dòng)的水體要注意整個(gè)測區的水域平差,確保等高線(xiàn)過(guò)水正確,避免等高線(xiàn)二次過(guò)水現象出現。

地形表面約束要素,在作業(yè)過(guò)程中基于點(diǎn)云、影像信息手工采集編輯后,存貯為 Shape 數據文件進(jìn)行提交。

四、點(diǎn)云分類(lèi)檢查

1)目視檢查原則

(1)不同的地形類(lèi)別高程精度要求不同,對能夠滿(mǎn)足精度要求的區域不必再進(jìn)行過(guò)度的細節處理,對不能滿(mǎn)足精度的區域,則必須重點(diǎn)處理;

(2)平原地區應對大田作物區、建筑區、溝渠道路兩側區域等進(jìn)行重點(diǎn)檢查;

(3)丘陵山地應重點(diǎn)檢查灌木林區;

(4)平原丘陵過(guò)渡地帶,人類(lèi)活動(dòng)多,地形變換容易失真,進(jìn)行重點(diǎn)檢查;

(5)對靜態(tài)、流動(dòng)水體進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

2) 檢查方法

(1)檢查數據是否完整;

(2)疊加彩色正射影像,判斷點(diǎn)云覆蓋物類(lèi)型;

(3)按點(diǎn)云類(lèi)別賦予相應顏色值目視進(jìn)行檢查;

(4)按點(diǎn)云類(lèi)別和高度賦予相應顏色值目視進(jìn)行檢查;

(5) 注意大面積沒(méi)有分類(lèi)為地面的地方。

綜合上述，探討了激光點(diǎn)云數據的處理原則,激光點(diǎn)云的鑲嵌線(xiàn)繪制過(guò)程中需考慮的問(wèn)題,分析了激光點(diǎn)云的自動(dòng)分類(lèi)和人工分類(lèi)的要求、約束要素的要求。 本文還探討了激光點(diǎn)云分類(lèi)和約束要素檢查的要求。利用激光點(diǎn)云制作 DEM,能夠大大提高DEM 的精度,減少人工繪制等高線(xiàn)的工作量,將有很好的利用前景。

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