在昨天的《激光LIDAR開展航空攝影任務(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(shù)據(jù)獲取到最終成果的整個流程。其中有一步流程需要對點云數(shù)據(jù)預(yù)處理，那么對于點云處理有怎樣的工藝流程呢？

一、點云預(yù)處理

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

1.鑲嵌線的確定

在鑲嵌線繪制過程中,重點考慮以下要求:

(1)航線接邊差應(yīng)滿足設(shè)計要求;

(2)鑲嵌線應(yīng)盡量選擇在重疊處的中央;

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

2.噪聲濾除

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

二、點云分類

利用點云處理軟件提供的點云分類工具,采用人機交互的方式,對機載激光點云數(shù)據(jù)進行半自動化分類,為后期的人工分類和編輯提供初分類后的階段點云分類成果。

非地面點的主要反射體為構(gòu)筑物和植被,其濾波過程較為復(fù)雜,其濾波質(zhì)量對處理人員的業(yè)務(wù)能力要求較高,在進行人機交互點云分類處理時,應(yīng)遵循以下原則:

1)以分幅數(shù)據(jù)為作業(yè)單元,根據(jù)地表覆蓋類型、點云掃描日期的差異等,適當(dāng)劃分交互處理單元,處理單元范圍線應(yīng)予以保存;

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

3)測試調(diào)整相關(guān)參數(shù)設(shè)置,確保達到最優(yōu)分類效果,減少后期人工分類工作量,由于設(shè)備、地形、季節(jié)、氣候等多方面原因,無法確定固定參數(shù),只能根據(jù)分類后的情況確定具體參數(shù);

4)在利用數(shù)字正射影像輔助作業(yè)時,應(yīng)分析其航攝日期與點云數(shù)據(jù)間的差異性。

1 自動分類要求

人機交互點云分類所實現(xiàn)的處理效果,在客觀上受地物覆蓋類型的影響極大,應(yīng)能夠滿足以下要求:

1)喬木林地與其覆蓋的地面點應(yīng)充分識別并分類,包括自然生長的林地、果園、散樹、行道樹等;

2)灌木林地與其覆蓋的地面點應(yīng)盡可能予以識別并分類,根據(jù)高山地、山地、丘陵地、平原 4 個地形類別對高程精度的不同要求,適當(dāng)調(diào)整處理參數(shù),尤其是平原、丘陵區(qū)域,高程精度要求較高,在處理過程中應(yīng)有所側(cè)重;

3)大田作物根據(jù)其作物種類、生長態(tài)勢、種植密度,最大程度地實現(xiàn)地面點的分離,因客觀條件限制而不能實現(xiàn)有效分類的,留待下道工序手工處理。

2 人工分類要求

1)居民區(qū)

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

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

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

(4)房區(qū)里的圍墻、樹木、草堆、雜物、大型的人為堆出來的臨時性土堆分到非地面點。

2)水系及設(shè)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(jù)周圍地形判斷出具有一定高差的,放在水域?qū)?

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

(3)主要堤、攔水壩、一般堤、防波堤分到地面點;

(4)水面上的噪聲點、漂浮物以及植被等產(chǎn)生的點云均分到水域?qū)印?/span>

3)道路及設(shè)施

(1)高速公路、各級公路的隔離帶分到非地面點;

(2)車行橋、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,架空部分的點分到架空路面類;

(3)過街天橋、人行橋與地面相連的部分點云分到地面點類,架空部分的點分到架空路面類;

(4)道路上的汽車、行人等非地面點云分到噪聲層。

三、地面約束要素

激光點云數(shù)據(jù)表示地面模型,受飛行時間、點云間距、遮蔽、特殊反射等條件的限制以及客觀世界復(fù)雜性的影響,部分地形特征需要使用二、三維矢量數(shù)據(jù)作為地形表面約束要素,對其進行補充約束,才能合理表示出地面模型。

地形地面約束要素,是以矢量數(shù)據(jù)的形式來補充點云數(shù)據(jù)的漏洞或?qū)Φ匦巫兓庍M行約束,地形表面約束要素包括點、線、面 3 類矢量形式,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(xiàn)下列情況時,應(yīng)通過表面約束要素對激光點云局部缺陷區(qū)域進行補充約束。

(1)在激光點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(yīng)利用已有成果作為補充彌補激光點云漏洞區(qū)域;

(2)公路、河渠、水庫等處因植被遮蔽造成有效地面點云明顯不足,與無植被遮蔽區(qū)域的同類地面模型比較,視覺效果差異較大的帶狀區(qū)域,應(yīng)采集硬斷線或離散高程注記點對局部地面模型進行細化處理。

2)水體約束要素優(yōu)化處理湖泊、水庫、坑塘及雙線水等,應(yīng)采集約束線進行水域置平或平差。

制作 DEM 時,按照點云采集約束線,高程賦值應(yīng)為數(shù)據(jù)獲取時的瞬時水位高;制作等高線時,如果DLG 數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性好,以 DLG 水域線作為特征面,如果點云的現(xiàn)勢性好,則按照點云采集。 流動的水體要注意整個測區(qū)的水域平差,確保等高線過水正確,避免等高線二次過水現(xiàn)象出現(xiàn)。

地形表面約束要素,在作業(yè)過程中基于點云、影像信息手工采集編輯后,存貯為 Shape 數(shù)據(jù)文件進行提交。

四、點云分類檢查

1)目視檢查原則

(1)不同的地形類別高程精度要求不同,對能夠滿足精度要求的區(qū)域不必再進行過度的細節(jié)處理,對不能滿足精度的區(qū)域,則必須重點處理;

(2)平原地區(qū)應(yīng)對大田作物區(qū)、建筑區(qū)、溝渠道路兩側(cè)區(qū)域等進行重點檢查;

(3)丘陵山地應(yīng)重點檢查灌木林區(qū);

(4)平原丘陵過渡地帶,人類活動多,地形變換容易失真,進行重點檢查;

(5)對靜態(tài)、流動水體進行重點檢查。

2) 檢查方法

(1)檢查數(shù)據(jù)是否完整;

(2)疊加彩色正射影像,判斷點云覆蓋物類型;

(3)按點云類別賦予相應(yīng)顏色值目視進行檢查;

(4)按點云類別和高度賦予相應(yīng)顏色值目視進行檢查;

(5) 注意大面積沒有分類為地面的地方。

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

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