淺析從激光LiDAR數(shù)據(jù)到數(shù)字線劃圖DLG

激光雷達的概述

激光雷達作為一種航空攝影測量系統(tǒng)，它是集激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(IMU)、數(shù)字攝影系統(tǒng)于一體的攝影測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過激光掃描儀的激光測距，獲得激光掃描儀到地面距離的激光點云數(shù)據(jù)，利用慣性導航測量(IMU)／差分定位(DGPS)技術(shù)來獲取飛機的瞬時位置和激光掃描儀的姿態(tài)，高分辨率的數(shù)碼相機同時獲取目標的高分辨率影像。

機載激光LiDAR系統(tǒng)能夠直接獲取地面物體的三維坐標信息，構(gòu)建高精度的數(shù)字地面模型(DTM)，高效制作數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像(DOM)，具有自動化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)獲取周期短、精度高等特點，且對植被具有一定的穿透能力無需布設(shè)像控，目前在高速公路、電力選線、石油勘探等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

機載激光LiDAR數(shù)據(jù)應(yīng)用：如何制作數(shù)字線劃圖DLG？

數(shù)字線劃圖(DLG)是以點、線、面的形式或地圖特定圖形符號形式表達的地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。利用機載LiDAR數(shù)據(jù)制作數(shù)字線劃圖DLG時，使用機載LiDAR數(shù)據(jù)快速生成數(shù)字地面模型和數(shù)字正射影像，再使用數(shù)字地面模型和數(shù)字正射影像快速生成等高線和采集地物矢量數(shù)據(jù)，然后通過外業(yè)調(diào)繪和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯，制作出數(shù)字線劃圖。

機載LiDAR數(shù)據(jù)制作數(shù)字線劃圖DLG的流程

(1)對航攝數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)預處理。航測過程中進行了IMU慣性導航測量和GPS的空地聯(lián)測，所以要通過對GPS數(shù)據(jù)差分解算，輸出激光航跡和相機航跡以及計算航測坐標到工程坐標的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過參考面數(shù)據(jù)對激光點云進行參數(shù)檢校。

(2)激光點分類，主要是靠軟件自動分類。在對激光數(shù)據(jù)進行預處理后，在專業(yè)軟件中導人激光點數(shù)據(jù)和航跡數(shù)據(jù)，設(shè)置好參數(shù)，然后使用軟件的自動分類功能對激光點云進行分類。

(3)正射影像制作，主要是使用分類后的激光點輔助原始影像進行正射糾正。在導入分類好的激光點、相機參數(shù)和原始影像，同時給影像添加完連接點、設(shè)置好參數(shù)后，對影像進行正射糾正，快速生成正射影像。 

(4)對分類后的激光點對照正射影像進行手工優(yōu)化分類，然后創(chuàng)建可編輯地面模型。對照地面模型和正射影像，對特征線進行采集。通過在構(gòu)建的三角網(wǎng)中插入特征線，修改數(shù)字地面模型，利用修改后的數(shù)字地面模型內(nèi)插生成等高線，并根據(jù)需要的間距自動標注高程點，把等高線轉(zhuǎn)換格式后在MAPGIS圖形編輯器中進行編輯。

(5) 在MAPGIS圖形編輯器中，將數(shù)字等高線圖與正射影像圖進行疊加，生成等高線正射影像圖，然后在等高線正射影像圖中對地物、建筑物、地貌、水系、管線、植被、分類界、道路等地物進行矢量化，并進行編輯，生成初步的線劃地形圖。 

(6)利用初步的線劃地形圖到實地進行調(diào)繪，調(diào)查并編輯地物、建筑物、地貌、水系、管線、植被等的屬性及相關(guān)數(shù)據(jù)和名稱。

(7)調(diào)繪完成后，內(nèi)業(yè)根據(jù)外業(yè)調(diào)繪成果，對數(shù)字線劃圖上的點、線、區(qū)及其他圖面元素進行編輯，然后按標準進行數(shù)字地形圖(制圖數(shù)據(jù))編輯，提交數(shù)字地形圖成果。

制作數(shù)字線劃圖DLG過程中的注意事項

1、數(shù)據(jù)預處理

數(shù)據(jù)預處理是數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)作圖的銜接部分，是質(zhì)量保障的重要一環(huán)。數(shù)據(jù)預處理時對激光數(shù)據(jù)要進行分塊和重疊剪切，方便作圖。

2、激光點分類

激光點分類時，如果需要轉(zhuǎn)換坐標，則需要在導入激光數(shù)據(jù)時輸入坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。參數(shù)的設(shè)置好壞是在作業(yè)過程中積累經(jīng)驗、逐步改進的。

3、生成正射影像

對快速生成的正射影像進行檢查，主要是檢查圖片之間的拼接是否良好，以及正射影像與激光點的確切配準，如果圖片之間的連接不好就檢查連接點直到滿足制圖精度要求。對最終生成的正射影像進行自檢，如果不符合制圖精度要求(如變形的橋梁和路面)，對其進行修改(在模型中加入斷裂線)。

4、手工優(yōu)化激光點

對分類過的激光點進行手工優(yōu)化分類，是由于激光點自動分類有它本身的局限性，在地形復雜或者有低植被覆蓋地面的地方，系統(tǒng)無法利用給定的參數(shù)對其精確分類，在生成地面模型時這些地方就不能真實反映地表信息，利用DTM生成等高線、線劃圖時，會影響制圖精度，所以要對照DTM對其進行手工編輯。

5、房屋矢量化

房屋的矢量化是在上一步的激光點上跟蹤的，矢量化完畢后，將結(jié)果轉(zhuǎn)換格式導入MAPGIS圖形編輯器中進行編輯。在等高線正射影像圖中對地物進行矢量化時，考慮工作效率和編輯修改，最好計劃矢量化的順序。

6、工作執(zhí)行標準

外業(yè)調(diào)繪，要按GB／T7931--2008《1：5001：10001：2000地形圖航空攝影外業(yè)規(guī)范》要素類進行調(diào)查和注記。與傳統(tǒng)調(diào)繪相比，由于內(nèi)業(yè)對地物、建筑物、地貌、水系、管線、植被、分類界、道路等地物要素的采集，使外業(yè)調(diào)繪主要變?yōu)檎{(diào)查和注記，減小了工作量，加快了成圖效率。

綜上所述，講述了利用機載LiDAR數(shù)據(jù)制作數(shù)字線劃圖的基本流程以及需要注意的事項。隨著攝影測量設(shè)備的不斷更新，專業(yè)軟件的功能和算法不斷優(yōu)化完善，使得機載LiDAR技術(shù)更加成熟。

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