Lidar點(diǎn)云處理技術(shù)在航空攝影測(cè)量數(shù)字高程模型和正射影像快速生產(chǎn)中的應(yīng)用探索

孫健 徐娜 張濤 李明華

1.河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,鄭州 450003

2.河南省測(cè)繪工程院,鄭州450003

3.開(kāi)封第二黃河河務(wù)局

Lidar點(diǎn)云處理技術(shù)在航空攝影測(cè)量數(shù)字高程模型和正射影像快速生產(chǎn)中的應(yīng)用探索

孫健1徐娜2張濤2李明華3

1.河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,鄭州 450003

2.河南省測(cè)繪工程院,鄭州450003

3.開(kāi)封第二黃河河務(wù)局

提出了利用激光雷達(dá)點(diǎn)云處理技術(shù)來(lái)對(duì)基于航空攝影立體像對(duì)影像匹配DTM點(diǎn)云進(jìn)行處理，快速生成數(shù)字高程模型和正射影像產(chǎn)品的設(shè)想，并利用激光雷達(dá)點(diǎn)云處理軟件

TerraSolid進(jìn)行了實(shí)際的生產(chǎn)探索。

激光點(diǎn)云；DTM；數(shù)字高程模型；正射影像；TerraSolid

1、概述

激光雷達(dá)（Lida r）在測(cè)繪中的應(yīng)用異軍突起，基于TerraSolid系列軟件的激光雷達(dá)點(diǎn)云處理技術(shù)手段日趨完善。新的遙感測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展是否代表著傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量方式的沒(méi)落？這是一個(gè)值得業(yè)界思索的問(wèn)題。由于航空攝影立體像對(duì)匹配DTM點(diǎn)與激光雷達(dá)點(diǎn)云在數(shù)據(jù)定義與性質(zhì)有高度的相似之處，能否利用現(xiàn)有的激光雷達(dá)點(diǎn)云處理技術(shù)把航空攝影立體像對(duì)影像匹配DTM點(diǎn)當(dāng)作激光雷達(dá)點(diǎn)云來(lái)處理來(lái)提高航測(cè)DEM數(shù)據(jù)制作的效率和質(zhì)量？

本文將以某平原地區(qū)約123平方公里范圍航測(cè)正射影像工程為例介紹利用激光雷達(dá)點(diǎn)云處理系統(tǒng)TerraSolid和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VIRTUOZO進(jìn)行了實(shí)際生產(chǎn)探索的詳細(xì)方法和過(guò)程。

2、實(shí)踐流程

2．1、實(shí)踐流程描述

（1）空三加密

利用外業(yè)相片控制點(diǎn)成果，在JX4或者PATB等空三加密軟件環(huán)境下，進(jìn)行空三加密處理，獲取足夠數(shù)量的加密控制點(diǎn)的同時(shí)恢復(fù)各航空影像攝影瞬間的攝站坐標(biāo)和相片姿態(tài)即外方位元素；

（2）空三加密成果應(yīng)用

內(nèi)定向，相對(duì)定向，絕對(duì)定向產(chǎn)生核線立體像對(duì)；按像對(duì)自動(dòng)影像匹配模型DEM；

（3）影像模式下的DEM處理

利用由河南省測(cè)繪工程院獨(dú)立研發(fā)“基于影像化的字高程模型處理軟件”與ERDAS遙感影像處理系統(tǒng)相結(jié)合，在影像模式下完成單模型DEM間對(duì)中鑲嵌，獲取全區(qū)DEM數(shù)據(jù)，然后按照硬件的配置高低合理分塊，轉(zhuǎn)換為分塊點(diǎn)云XYZ(*.dat)；

（4）Ter raSo lid下點(diǎn)云處理

利用“TerraSolid”將上述分塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)或者自動(dòng)分類，剔除噪聲粗差，剔除房頂，樹(shù)冠等非地面點(diǎn)，保留地面點(diǎn)；

（5）數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中進(jìn)行點(diǎn)云后處理

由分類后的離散地面點(diǎn)內(nèi)插格網(wǎng)DEM并轉(zhuǎn)換格式進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)。在立體模型下，根據(jù)實(shí)際地形特點(diǎn)編輯DEM數(shù)據(jù)；

（6）單片正射校正，鑲嵌，分幅

2．2、制作流程框圖

圖2.2 流程框圖

3、實(shí)踐具體過(guò)程

上述（1）～（3）步驟從“空三加密”到“匹配單模型DEM產(chǎn)品”在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理方法與流程不用冗述，詳細(xì)參閱各數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)。詳細(xì)講述從單模型匹配DEM數(shù)據(jù)以后具有特色的處理過(guò)程和方法。

3．1、影像模式下的DEM處理

3．1．1、全區(qū)域單模型DEM批量轉(zhuǎn)換為影像DEM（*.im g）

圖3.1.1.1 影像化單模型DEM

3．1．2、全區(qū)域單模型影像DEM（*.im g）對(duì)中鑲嵌，分塊

將上述影像化后的單模型DEM，引入ERDAS 影像鑲嵌模塊MOSA ICPRO進(jìn)行對(duì)中鑲嵌，并導(dǎo)入分幅文件進(jìn)行必要分幅；

圖3.1.2.1加密區(qū)單模型影像DEM鑲嵌工程

利用對(duì)中鑲嵌的優(yōu)點(diǎn)：按常規(guī)航內(nèi)思路中以一個(gè)像對(duì)匹配而來(lái)的單模型DEM數(shù)據(jù)只有以模型中心外擴(kuò)某一范圍內(nèi)為有效區(qū)域，采用影像化的對(duì)中鑲嵌既能保證模型間的無(wú)縫又能自動(dòng)取得單模型DEM內(nèi)最可靠的部分，在設(shè)置一個(gè)格網(wǎng)的羽化參數(shù)的情況下，可以有效避免模型間DEM接邊后反轉(zhuǎn)等高線交叉的問(wèn)題，是一個(gè)很不錯(cuò)而且適用的DEM快速鑲嵌分幅的方法。

圖3.1.2.2拼接后整加密區(qū)影像DEM效果

3．1．3、利用分塊影像D EM（*.im g）制作真彩色坡度圖

利用拼接后的影像DEM制作一幅真彩色的坡度坡向圖，來(lái)作為點(diǎn)云數(shù)據(jù)手動(dòng)分類的參考底圖；

圖3.1.3.1真彩色的坡度坡向圖作為手動(dòng)分類參考底圖

3．1．4、導(dǎo)出分塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)XY Z(*.dat)

利用開(kāi)發(fā)工具將拼接后全加密區(qū)影像DEM轉(zhuǎn)換成Lidar處理軟件能導(dǎo)入的XYZ點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

3．2、 TerraSolid下點(diǎn)云處理

3．2．1、導(dǎo)入分塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)XY Z(*.dat)

3．2．2、套合真彩色坡度圖作為手動(dòng)分類參考底圖

圖3.2.2在TerraPhoto導(dǎo)入真彩坡度圖設(shè)置與點(diǎn)云套合效果

3．2．3、點(diǎn)云分類處理

反復(fù)迭代剔除粗差，自動(dòng)分出GROUND；

3．2．4、依照參考底圖手工分類出大尺寸線狀地物（高架路和帶路基的路，干渠點(diǎn)）

圖3.2.4.2用BRUSH功能快捷手工分類細(xì)部效果

3．2．5、分類完成剔除非地面點(diǎn)，保留自動(dòng)分出的g r o u n d點(diǎn)類和手工干預(yù)的keeppoin t點(diǎn)類；

圖3.2.5.1點(diǎn)云分類后整體效果

圖3.2.5.2點(diǎn)云分類后細(xì)部效果（一）

圖3.2.5.3分類后細(xì)部效果（二）

從效果上可以看出，由分類在保留地形細(xì)部的同時(shí)自動(dòng)剔除了大量的房頂上的點(diǎn)和異常匹配的非地面點(diǎn)；

3．2．6、由導(dǎo)出的離散地形點(diǎn)內(nèi)插DEM

這一過(guò)程可以選用ERDAS，也可以選自主開(kāi)發(fā)的離散三維點(diǎn)內(nèi)插DEM程序；

圖右為原始DEM

圖左為分類處理后DEM

可見(jiàn)十字絲中異常匹配點(diǎn)已經(jīng)自動(dòng)處理掉

圖左為分類處理后DEM

圖右為原始DEM

可見(jiàn)十字絲中農(nóng)村居民點(diǎn)中房頂上的點(diǎn)已經(jīng)大部分濾出，地塊中地形細(xì)節(jié)得以保留；

3．3、立體模型下精細(xì)編輯

利用自主開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)，將上述DEM分幅并進(jìn)行格式反轉(zhuǎn)進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)；在立體像對(duì)下再進(jìn)行簡(jiǎn)單的編輯，此步驟不再冗述；

3．4、單片正射校正，鑲嵌，分幅

此步驟不再冗述。

4、總結(jié)

通過(guò)用激光雷達(dá)點(diǎn)云處理軟件TerraSolid進(jìn)行了實(shí)際的生產(chǎn)探索，證明了利用激光雷達(dá)點(diǎn)云處理技術(shù)來(lái)對(duì)基于航空攝影立體像對(duì)影像匹配DTM點(diǎn)云進(jìn)行處理，快速生成數(shù)字高程模型和正射影像產(chǎn)品的設(shè)想是有實(shí)踐可行性的結(jié)論如下：

1）可以進(jìn)一步提高正射影像制作的速度，大大減少DEM編輯工作量，但是有必要減小DEM匹配的格網(wǎng)間距以便更好的模擬LIDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特性，分類效果更明顯；

2）利用航測(cè)的方法快速制作大范圍的高質(zhì)量的DEM，DTM將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)；

3）在大比例尺的DEM，DOM制作中優(yōu)勢(shì)明顯；將對(duì)我們現(xiàn)行的DEM,DTM,DOM生產(chǎn)模式和流程進(jìn)行極其有效的補(bǔ)充取消大部分的人為干預(yù)工作量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明由DEM異常引起的DOM變形的問(wèn)題也能有效的緩解。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.077