航測內(nèi)業(yè)數(shù)字表面模型生成研究

王夢

（身份證號：130634198905290068 河北石家莊 050000）

1 LIDAR數(shù)據(jù)處理的概述

LIDAR數(shù)據(jù)處理主要包含兩個階段，即最初數(shù)據(jù)預處理以及點云數(shù)據(jù)后處理。最初數(shù)據(jù)預處理階段主要工作內(nèi)容包括對雷達噪聲進行過濾、對記錄的原始信號、時間信息、距離信息、GPS以及INS數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化處理以及對坐標進行轉換等，從而得到地面目標的具體位置坐標數(shù)據(jù)[1]。其中坐標的格式并不是一成不變的，而是可以根據(jù)客戶的要求對其進行自定義，從而得到包含不同數(shù)據(jù)信息的格式文件。點云數(shù)據(jù)后處理就是對上述得到的地面目標的三維點云坐標進行分離處理，也就是說，激光雷達點云數(shù)據(jù)會根據(jù)目標的位置而進行分布，后處理就是將地面上的固定點與非地面的點如地面中的汽車、樹木等進行準確的分離。在確保分離信息的精準度的基礎上，才能保證這些數(shù)據(jù)在應用時的有效性。例如：獲得DEM數(shù)據(jù)、對地面樹木高度進行測量以及對城市的三維模型進行準確獲取等。三維點云坐標進行后處理是激光遙感系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，因此本文就數(shù)據(jù)后處理進行主要論述。

2 利用規(guī)則格網(wǎng)進行重新采樣生成數(shù)字表面模型（DSM）

2.1 數(shù)字表面模型逐點內(nèi)插理論基礎

以采樣點的不規(guī)則分布為基礎建立的數(shù)字表面模型，本質上就是對龐大的離散數(shù)據(jù)進行規(guī)則網(wǎng)格化的處理過程，并主要采取逐點內(nèi)插的方法來建立。逐點內(nèi)插指的是要確立一個內(nèi)插點，并以此為中心來建立相應的鄰域范圍，將鄰域范圍內(nèi)的采樣點進行相應的計算從而得出內(nèi)插點高程值?；静襟E主要分為以下幾點：①對內(nèi)插點的鄰域范圍進行確定；②對落在鄰域內(nèi)的采樣點進行統(tǒng)計；③確定內(nèi)插數(shù)學模型；④以統(tǒng)計到的采樣點以及內(nèi)插數(shù)學模型來完成對內(nèi)插點高程的計算。但是想要使得以上步驟能夠得以實現(xiàn)，通常還需要解決以下問題：①內(nèi)插函數(shù)，在逐點內(nèi)插法種，內(nèi)插函數(shù)與DSM的準確度以及連續(xù)性、內(nèi)插點周圍的最小采樣點的個數(shù)以及內(nèi)插計算工作的效率息息相關。而內(nèi)插函數(shù)一般是由采樣點的分布情況來決定的。目前在離散分布采樣點中，曲面擬合以及加權平均等方法是運用最為廣泛的內(nèi)插函數(shù)；②鄰域的大小與形狀。在逐點內(nèi)插中，鄰域主要是對后續(xù)進行內(nèi)插的采樣點進行篩選的，并且其的大小以及形狀會根據(jù)內(nèi)插點的位置所在以及運動而產(chǎn)生相應的變化。一般在離散分布采樣點建立數(shù)字表面模型時會對鄰域進行確認，鄰域形狀最為常見的有圓形、方形等；③鄰域內(nèi)的數(shù)據(jù)點個數(shù)。由于鄰域內(nèi)的各數(shù)據(jù)點都會參與內(nèi)插計算，因此就要對鄰域內(nèi)的數(shù)據(jù)點個數(shù)進行合理控制，防止因過多或過少影響了內(nèi)插計算的精準度。領域內(nèi)的數(shù)據(jù)點個數(shù)一般與內(nèi)插函數(shù)有著密切聯(lián)系，據(jù)了解一般控制在4～10個點是較為合適的[2]；④采樣點的權重。采樣點對內(nèi)插點的貢獻程度通常被稱為采樣點的權重，目前運用最廣泛的定權方法就是反距離權。

2.2 利用距離加權平均內(nèi)插法生成數(shù)字表面模型

以規(guī)則地址格網(wǎng)檢索算法為基礎，本文主要利用了逐點內(nèi)插法中的距離加權平均法來進行數(shù)字表面模型的生成，其步驟如下：

（1）想要得到測區(qū)的準確范圍，就可以利用測區(qū)內(nèi)所有采樣點的X、Y坐標中的極值來完成，在依據(jù)每個采樣點之間的間隔就可以完成對數(shù)字表面模型格網(wǎng)的大小。X坐標采樣間隔為dx，y坐標采樣間隔為dy，起點坐標為（x0，y0），格網(wǎng)坐標（i，j），內(nèi)插點坐標為（x，y）。

（2）利用矩形檢索函數(shù)來對正方形區(qū)域內(nèi)的采樣點，并設定規(guī)則地址格網(wǎng)坐標起點為（u0，ν0），設定搜索范圍半徑為R，那么我們可以將矩形搜索函數(shù)的參數(shù)設置為：

（3）對權值進行計算

地形具有自相關性等特點，因此距離內(nèi)插點越近的采樣點，對其的影響也就越大，也就是說，距離越近，權值越大，距離越遠，權值越小。設置內(nèi)插點為P，采樣點為i，dpi表示采樣點和內(nèi)插點的距離，將采樣點的權定義為：

2.3 采用灰度量化生成表面數(shù)字模型的深度影像

主要對DSM中的LIDAR進行搜索，得到高程的最值，并按照以下公式對高程進行量化，從而得到每個數(shù)據(jù)點的灰度值；同時還要將DSM中的X、Y坐標轉化呈DSM深度影響的u、ν，每個坐標點都有對應的像素點，從而生成深度圖像。

3 結束語

綜上所述，“航測數(shù)據(jù)系統(tǒng)”目前在各個領域范圍內(nèi)都被廣泛使用，并且具有穩(wěn)定性、可靠性等特點。它不僅提高了航測數(shù)據(jù)的采集質量，而且還提升了生產(chǎn)效率，從而滿足相應的建設目標。除此之外，它還能作用于其他數(shù)據(jù)庫，并且具有較強的靈活性，除了在航測數(shù)據(jù)生產(chǎn)中使用，在內(nèi)外業(yè)一體化中應用，可以對生產(chǎn)出高質量以及高標準的數(shù)據(jù)有一定的輔助作用。