基于LiDAR的測(cè)高數(shù)據(jù)制作DEM方法

　　1 機(jī)載激光掃描獲得地形高程原理

　　機(jī)載激光掃描測(cè)高獲得地形高程的原理是將激光脈沖測(cè)距儀安置在妞行器上，通過記錄激光脈沖從發(fā)射機(jī)發(fā)射到地面后經(jīng)地面目標(biāo)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(cè)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(jī)載的慣性測(cè)量系統(tǒng)（IMU）測(cè)定飛行器在空問的姿態(tài)參數(shù)（側(cè)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(xù)內(nèi)業(yè)處理中，在提供的IMU確定的姿態(tài)信息，GPS測(cè)定的飛機(jī)飛行航跡數(shù)據(jù)以及激光脈沖測(cè)定的傾斜距離基礎(chǔ)上，可求出個(gè)激光點(diǎn)精確的三維空間直角坐標(biāo)（X，y，Z）。通過一定寬度的掃描，就可獲得具有大量地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。本次使用的是ALTM3100系統(tǒng)， ALTM系統(tǒng)同步采集激光地形數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)據(jù)，可以生成DEM、DOM、DSM，極大地豐富了航攝成果的類型。

　　2 選用LIDAR獲取較高精度的地形數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)

　　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(duì)目標(biāo)地物進(jìn)行掃描，接收回波信息以測(cè)定地物。LiDAR激光掃描系統(tǒng)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(zhǔn)確的獲取植被覆蓋區(qū)域的地形信息。即使是測(cè)區(qū)山區(qū)面積廣，植被覆蓋密度大，利用激光數(shù)據(jù)可以獲得高質(zhì)量的地形數(shù)據(jù)。

　　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(shù)據(jù)取位至0.1m。

　?。?）DEM 接邊差。

　　同名點(diǎn)高程較差不得超過一個(gè)等高距。

　?。?）DEM 分幅裁切。

　　DEM按內(nèi)圖廓外接矩形裁切。

　　4 激光數(shù)據(jù)處理流程

　　針對(duì)激光數(shù)據(jù)處理，遵循以下原則。

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

　?。?）POS處理說(shuō)明：處理基站數(shù)據(jù)時(shí)，由觀測(cè)手簿獲得基站坐標(biāo)及天線高；使用基站時(shí)，盡可能多的使用離測(cè)區(qū)范圍最近的所有基站，并且加載靜態(tài)初始化數(shù)據(jù)。

　?。?）航帶重疊處理：航線與航線之間重疊的部分，根據(jù)航線，需將重疊部分的冗余數(shù)據(jù)剔除出去，以減小數(shù)據(jù)量。

　　激光數(shù)據(jù)處理的技術(shù)流程如下：①原始數(shù)據(jù)解碼：利用地面預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)采集的原始激光數(shù)據(jù)與POS數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，從而獲得GPS文件，IMU文件，激光點(diǎn)文件等。②POS數(shù)據(jù)處理：機(jī)載POS與地面基站GPS進(jìn)行差分和融合，獲得精確坐標(biāo)。③激光數(shù)據(jù)處理：處理后的POS數(shù)據(jù)與激光點(diǎn)數(shù)據(jù)融合，獲得地面坐標(biāo)；輸出激光點(diǎn)文件。

　　5 DEM、DSM生產(chǎn)

　　5.1 激光點(diǎn)濾波

　　根據(jù)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(shè)定適合的參數(shù)，TerraScan軟件自動(dòng)提取地面點(diǎn)。

　　5.2 航線接邊處理

　　將POS數(shù)據(jù)生成的航跡成果信息，加載到激光點(diǎn)文件中，給激光點(diǎn)指定航線號(hào)，根據(jù)激光點(diǎn)的位置及姿態(tài)，對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)裁切及拼接。

　　5.3 激光點(diǎn)編輯

　　將分類后的數(shù)據(jù)打開，單獨(dú)察看ground層，如果發(fā)現(xiàn)地形有明顯錯(cuò)誤或分類效果沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，則需要將這部分?jǐn)?shù)據(jù)重新進(jìn)行分類計(jì)算。

　　5.4 DEM輸出

　　Ground點(diǎn)編輯完成之后，以規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式，輸出DEM。

　　5.5 利用編輯好的DEM數(shù)據(jù)生成DSM

　?。?）利用PCI公司開發(fā)的LIDAR數(shù)據(jù)處理模塊LidarEngine軟件，導(dǎo)入激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)（*.las格式）。生成DSM為了直觀檢查DEM的錯(cuò)誤。

　?。?）使用LIDAR處理算法，生成激光數(shù)據(jù)DSM影像。

　　檢查DSM數(shù)據(jù)，地形高程異?；虍a(chǎn)生漏洞區(qū)域，需要重新修改原始LAS數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)，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(yīng)滿足30 cm，平面精度應(yīng)小于1 m。

　　5.7 精度超限解決方案

　　當(dāng)成果精度經(jīng)過實(shí)際檢測(cè)，不能滿足項(xiàng)目要求時(shí)，需要對(duì)激光數(shù)據(jù)進(jìn)行精度超限改正。有兩種方法。

　　（1）通過外業(yè)控制測(cè)量，對(duì)激光點(diǎn)進(jìn)行糾正處理，使其精度提高。

       （2）在測(cè)區(qū)內(nèi)，垂直航線方向補(bǔ)飛兩條（一個(gè)架次內(nèi)），以垂直補(bǔ)飛數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配（Match），得出改正參數(shù)。

　　5.8 成圖輸出

　　格式轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)按照1∶10000標(biāo)準(zhǔn)圖廓進(jìn)行分幅，作為成果提供使用。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　機(jī)載激光掃描測(cè)高涉及的實(shí)際應(yīng)用很多，是一個(gè)典型的3S集成系統(tǒng)，隨著機(jī)載激光掃描測(cè)高技術(shù)的不斷成熟和數(shù)據(jù)處理算法的不斷完善，機(jī)載激光掃描測(cè)高技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)越來(lái)越廣，特別是對(duì)于機(jī)載激光掃描測(cè)高技術(shù)。目前的發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，利用機(jī)載激光掃描測(cè)高數(shù)據(jù)建立大范圍高精度數(shù)字地面模型；利用機(jī)載激光掃描測(cè)高數(shù)據(jù)建立3D城市模型；緊急如滑坡測(cè)繪等災(zāi)害事件的快速反應(yīng)及變化監(jiān)測(cè)；進(jìn)行森林資源的管理和評(píng)估；海岸地帶測(cè)繪等。

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