基于机载LiDAR的地形信息获取技术研究

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1、基于机载LiDAR的地形信息获取技术研究伴随着地理信息在人们生产生活中的不断渗透，人们对现势性强、精度可靠地理信息的需求越來越迫切，尤具在应急测绘、抢险救灾等对时间要求比较紧迫的项目屮。口前地理信息获取的主要方式为数字摄彫测聚、遥感、GPS测量、电了平板采集等，这些常规的地理信息获取方式往往周期长、劳动强度大、作业效率低，不能满足人们对地理信息的快速需求。如何快速获取高精度的地理信息，成为摆在测绘人员而前的一道难题。随着对地观测技术的快速发展，利川新型机载激光雷达（LiDAR）系统快速获取高精度地理信息已成为可能。机载激光雷达（LiDAR）系统是-

2、•种新型的综合应用激光测距仪、1MU、GPS的快速测量系统，可以直接联测地而物体各个点的三维坐标。系统组成包括：①激光测距仪用于测量传感器到地而点的距离；②高精度惯性测量系统（IMU）用于测量扫描装置主光轴的空间姿态参数;③基于差分技术的全球定位系统（DGPS）用于确定扫描投影屮心的空间位置;④高分辨率数码相机用于获取对应地面的彩色数码影像。LiDAR测量的绝对精度可在0.5〜0.5m之间，它的优势在于对大范围、作业困难地区、植被卜•层的地面或非地面数据的快速获取，而这正是用其他方法所不能得到的或是在高昂成本卜•才能获得的。因此，机载LiDAR技术

3、，作为一种方便、快速、高效的空间数据获取方法，成为用于快速获取三维地形信息的重耍技术手段。1数据处理平台基于机载LIDAR生产地形数据，涉及到机载LiDAR点云滤波与分类、DEM和DSM制作、等高线提取与编辑、高程注记点捉取等的过程。在选择数据处理平台时，既要考虑软件的成熟性与易操作性，又要考虑作业员对软件的熟练应用程度。数据处理平台应包括以卜•功能：（1）应该能够实现点云的导入导出、查看浏览、坐标转换、口动与手动分类，DEM和DSM制作、等高线提取，创建彩色渲染图，提供丰富的分类工具，便于点云的精分类，能够适于对数百万的机载激光雷达点云数据进行分

4、类处理。（2）用户能够通过协调一致地调用应用和界面，实现任何从简单到复杂的GIS任务，包括制图、地理分析、数据编辑、数据管理、对视化和空间处理等操作。（3）能够实现多种数据格式的相互转换，能够可视化地定义从原数据到冃标数据的对应关系（属性和图形），也能实现不同格式数据源的合并操作，并且，数据转换质量要好，满足地形数据牛产需求。（4）能够实现地形数据的简化、平滑化、修剪、删除、优化等编辑处理，使数据能够满足岀图要求，图面美观，要索分布合理。综合机载激光雷达的数据特点以及数据生产需要，选择TerraSolid.ArcGISDesktop、FME^CAS

5、S等软件作为木次数据处理平台。TerraSolid用于点云滤波与分类，ArcGISDesktop用于等高线牛成与平滑，FME川于数据格式转换，CASS用于等高线的编辑。2数据处理关键技术研究基于机载LiDAR技术获取地形信息的过程包描坐标转换、点云分类、DSM制作、点云抽稀、DEM制作、等高线和高程注记点生产等，如图2-1所示。图2-1基丁机载LiDAR的地形信息获取流程(1)坐标转换由于直接获取的点云坐标采川的是地心坐标WGS84坐标系，高程系统采川的是人地高，而实际使用时，平而坐标通常采用1980西安坐标系、1954年北京坐标系或者2000国家

6、大地坐标系，高程一般为1985国家高程基准，因此在基丁获取点云生成地面三维信息时，需要对点云进行平而坐标和高程系统转换。高程值的转换一般通过大地水准而模烈来实现，黄河中下游己经建立了区域人地水准面精化模型平而坐标转换一般采用2.1式的七参数模型，其中，K为比例系数，Dx、Dy、Dz分别为X、Y、Z的平移常数，3X、3y、3Z分别为X、Y、Z方向的旋转参数，有3个己知点的两套坐标就可应用最小二乘法求出这七个坐标转换参数的解。求得转换参数示，再利用上述模型进行坐标转换。㈤1.8二R+DyZ丿13㈤a)x+DyK;(DZK-0}X(2.1)对于高程精度耍

7、求比较高的项目，通过七参数模型获取的z值并不能满足项n需求,精确的高程值述需通过测区范闌的大地水准精化模烈来实现。(1)点云分类在TerraSolid中进行点云分类，包括粗分类和精分类两个步骤。如图2-2,粗分类主要是去除飞点、低点等噪声点，根据Terrasolid提供的宏命令实现地面点、植被点、建筑物点等的粗略分类，以程序实现为主;精分类主要是借助丁•正射影像、实地情况等资料实现地物点和地貌点的精确分类，以人工判读为主。'粗分类'去除飞点.噪声点以及低点；根抵宏命今实现地面点.植被点.建筑物点等的粗乜1分。丿(~精分类、对粗分类反的地建筑物血.水

8、域点.其他地物点等逬行精确的判读.修改错分.J漏分甌丿图2-2Terrasolid点云分类图耳/ft地潮点＜0水域讯取低点