LIDAR(Light Detection And Ranging) 是一種主動(dòng)式對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng),它集成了 GPS、慣性導(dǎo)航、激光測(cè)距等先進(jìn)技術(shù),具有控制測(cè)量依賴性少、受天氣影響小、自動(dòng)化程度高、成圖周期短等特點(diǎn),可能為測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命。
作為一種三維信息的實(shí)時(shí)獲取手段,LIDAR 的應(yīng)用熱潮在國(guó)外已經(jīng)掀起,在未來(lái)兩三年內(nèi)中國(guó)應(yīng)用 LIDAR 技術(shù)的市場(chǎng)將更加廣泛。但是 LIDAR 數(shù)據(jù)的后處理的工作還相對(duì)滯后,為特定應(yīng)用選擇適合的(自動(dòng)、半自動(dòng))數(shù)據(jù)處理方法還處于研究階段,針對(duì)不同地形條件的適應(yīng)性算法實(shí)驗(yàn)還處于初步探討階段。其中,手工分類(濾波)和質(zhì)量控制會(huì)占用全部處理時(shí)間的約 60%~80%。如何利用已知數(shù)據(jù)源(光學(xué)影像數(shù)據(jù)、低精度 DEM 數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)等)與 LIDAR數(shù)據(jù)的智能融合提高數(shù)據(jù)處理精度和效率,從而迎接國(guó)內(nèi) LIDAR 工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的到來(lái)成為了目前首要的任務(wù)。
激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中交互編輯的目的是剔除自動(dòng)濾波,自動(dòng)分類沒(méi)有濾掉的部分粗差和未分類正確的激光點(diǎn)。面對(duì)海量離散點(diǎn)云如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的效果評(píng)價(jià),如何找到粗差點(diǎn)的位置是LIDAR數(shù)據(jù)處理不可回避的重要環(huán)節(jié)。
1.暈渲圖輔助分析
?。?)基于 TIN 的局部暈渲圖
LIDAR 點(diǎn)云經(jīng)過(guò)濾波分類后的地面點(diǎn)類是制作 DEM 的數(shù)據(jù)源,地面點(diǎn)的分類精度直接影響 DEM 的數(shù)據(jù)精度。在自動(dòng)濾波分類的基礎(chǔ)上,如何評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理結(jié)果,尋找粗差點(diǎn)或錯(cuò)分點(diǎn)進(jìn)行人工干預(yù)分類,還原地面點(diǎn),生成真實(shí)準(zhǔn)確的地形曲面需要借助地面類別數(shù)據(jù)的暈渲處理。
暈渲法是地圖上常用的地形表示方法之一。主要是根據(jù)光線的亮度差別,用黑色或幾種色彩在地圖上構(gòu)成地勢(shì)起伏的立體印象。在暈渲法中光照是產(chǎn)生明暗變化的必要條件。太陽(yáng)是地球的光源,但由于地貌與光源的位置不斷改變,地面的明暗程度又受大氣層和地面物質(zhì)的影響,情況復(fù)雜,所以一般假定光源在固定位置(本文的太陽(yáng)方位角為 45 度,太陽(yáng)高度角為 25 度),并且發(fā)出強(qiáng)度不變的平行光線。地貌各部位的明暗程度決定于地面單元的坡向(光線與坡面法線在水平面上投影的夾角)與平行光線的關(guān)系以及地面單元的坡度(地面傾斜角)與平行光線的關(guān)系。
漸變?cè)O(shè)色方案是一種特殊的設(shè)色方案(本文采用基于地形高程信息進(jìn)行色彩分配的原則),它不同于傳統(tǒng)的分層設(shè)色把高程分為幾個(gè)帶,而是每一個(gè)不同的高程均對(duì)應(yīng)不同的顏色,可保證圖面過(guò)渡自然,沒(méi)有分層設(shè)色中的帶狀條痕。
LIDAR 點(diǎn)云的局部地區(qū)暈渲圖根據(jù)地面點(diǎn)云的不規(guī)則三角網(wǎng)實(shí)現(xiàn),可以高效快速的尋找地面粗差點(diǎn)位置,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互判讀與點(diǎn)云編輯。確定異常的地形點(diǎn)以后,即可應(yīng)用分類模塊或算法,實(shí)現(xiàn)人工編輯,最終生成地面點(diǎn)。
?。?)基于格網(wǎng)的攝區(qū)暈渲圖
經(jīng)過(guò)濾波、人工編輯得到的地面點(diǎn)經(jīng)過(guò)內(nèi)插處理,即可得到規(guī)則格網(wǎng) DEM 數(shù)據(jù)。在整個(gè)攝區(qū)進(jìn)行 DEM 與 DSM 的暈渲處理(太陽(yáng)方位角 135 度,太陽(yáng)高度角 45 度),并在數(shù)據(jù)比較過(guò)程中檢查數(shù)據(jù)處理過(guò)程中存在粗差點(diǎn)、異常點(diǎn)以及攝區(qū)的接邊等問(wèn)題。
暈渲圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):
1)能將地貌形態(tài)特征、山系構(gòu)造特征、地勢(shì)起伏特征、坡度的變化、山脈走向、高度對(duì)比等特征全面地反映出來(lái)。
2)使用的顏色符合人的視覺(jué)習(xí)慣,并盡量接近地理景觀的本色,同時(shí)要求顏色搭配合理、明暗過(guò)渡自然。
3)所表示的地貌有較強(qiáng)的立體感。
4)不影響其它要素的表示。
5)滿足出版印刷的要求。
2.剖面圖輔助分析
在確定了異常區(qū)域后,即可利用剖面圖實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云的人工判讀和修改。在剖面圖上地面點(diǎn)變化起伏平緩,在建筑物區(qū)域中斷,在有植被的山地、丘陵地區(qū)會(huì)穿透樹(shù)木(不規(guī)則分布點(diǎn))存在;人工建筑物的點(diǎn)類高出地面點(diǎn)且有建筑物輪廓;植被點(diǎn)類為高出地面不規(guī)則分布點(diǎn);水域一般沒(méi)有回波。根據(jù)上述判讀原則,可以實(shí)現(xiàn)地面、建筑物、植被、水域類別的人工編輯。
3.航空影像輔助分析
航空影像數(shù)據(jù)記錄連續(xù)波譜信息,它包含了空間結(jié)構(gòu)、地物邊界、色彩屬性等判讀地物的重要信息。現(xiàn)在,有的數(shù)字航攝儀地面采樣率可達(dá)到厘米級(jí),能夠分辨地物微小差別。激光雷達(dá)數(shù)據(jù)雖然對(duì)描述地物三維空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)明顯,但其每平方米幾個(gè)點(diǎn)的激光點(diǎn)密度以及分米級(jí)的光斑分辨率(光斑直徑)對(duì)于精確描述地物邊界還存在誤差。尤其是不規(guī)則房屋邊緣存在高度相似植被的情況下,容易造成錯(cuò)分和誤判,需要借助正射影像進(jìn)行輔助判讀。除此之外,可以利用 LIDAR 數(shù)據(jù)快速建立建筑物三維模型也需要航空影像數(shù)據(jù)在房屋邊界處的判讀。
航空影像、不規(guī)則三角網(wǎng)暈渲圖以及剖面圖的聯(lián)合判讀也是非常有效的方法。暈渲圖對(duì)三維空間結(jié)構(gòu)敏感,用于尋找高程異常區(qū)域,航空影像的光譜信息在地物邊界處輔助準(zhǔn)確判讀,剖面圖直觀顯示點(diǎn)云在高程上的分布。
4.結(jié)論
通過(guò)不規(guī)則三角網(wǎng)暈渲圖、規(guī)則格網(wǎng)暈渲圖、點(diǎn)云剖面圖、航空影像數(shù)據(jù)的輔助判讀與識(shí)別,實(shí)現(xiàn)了高效準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理質(zhì)量檢查與人工編輯處理。解決了對(duì)海量離散點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的效果評(píng)價(jià)和找到粗差點(diǎn)位置等問(wèn)題。
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