吳端松

（廣州建通測(cè)繪地理信息技術(shù)股份有限公司，廣東 廣州 510000）

為了提高采點(diǎn)效率和帶寬，采用掃描的方式來改變激光束的發(fā)射方向，將這些設(shè)備有機(jī)地集成在一起協(xié)同工作，就構(gòu)成了一個(gè)機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)。本文主要敘述了LIDAR技術(shù)的數(shù)字化成圖研究，從激光雷達(dá)技術(shù)的原理和特點(diǎn)，再到數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)處理最后成圖[1]。以及重點(diǎn)提到了數(shù)據(jù)處理的軟件Terrascan在實(shí)際運(yùn)用中的操作方法。

1 機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)方法

1.1 工作流程分析

在上面已經(jīng)介紹過航攝外業(yè)的一些基本要求和準(zhǔn)備。當(dāng)航飛數(shù)據(jù)和地面GPS數(shù)據(jù)采集回來后，首先要做的是參考面測(cè)量和外業(yè)數(shù)據(jù)的檢查，發(fā)現(xiàn)航飛數(shù)據(jù)偏差過大或者是噪音點(diǎn)影響了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，必須要求重飛。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理將在后面的內(nèi)容中呈現(xiàn)。

1.2 技術(shù)路線研究

該項(xiàng)目的作業(yè)流程可以分為3個(gè)階段：礦山地理信息數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理和產(chǎn)品制作。數(shù)據(jù)采集主要是航飛獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過程，包括設(shè)備安裝調(diào)試、檢校場(chǎng)選擇和布設(shè)、航線設(shè)計(jì)、外業(yè)GPS基站布設(shè)、外業(yè)航飛采集、數(shù)據(jù)整理與質(zhì)量檢查等內(nèi)容。

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是將航飛過程中獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，計(jì)算獲取差分GPS和IMU的聯(lián)合定位定向數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波去除噪聲、實(shí)施坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。產(chǎn)品制作主要包含DEM、DOM和DLG等產(chǎn)品的制作。

2 LIDAR數(shù)據(jù)采集處理流程

2.1 總體技術(shù)路線

項(xiàng)目開始前，即可準(zhǔn)備測(cè)區(qū)的范圍和控制點(diǎn)資料，向軍事和航管相關(guān)部門申請(qǐng)航飛批文，按規(guī)程要求到相關(guān)接洽部門協(xié)調(diào)。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)航飛過程中隨激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)同步采集的GPS數(shù)據(jù)、IMU數(shù)據(jù)和系統(tǒng)所提供的各類參數(shù)等進(jìn)行聯(lián)合解算，獲取每一個(gè)激光點(diǎn)的空間坐標(biāo)和每張影像粗略的外方位元素。進(jìn)行空間糾正解算后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)已經(jīng)可以分辨出大量地物。根據(jù)成果要求可轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系或CGCS2000國(guó)家坐標(biāo)系。因激光點(diǎn)云的數(shù)據(jù)量很大，需要對(duì)其進(jìn)行分割處理，以適應(yīng)后續(xù)產(chǎn)品制作。

2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

本項(xiàng)目坐標(biāo)轉(zhuǎn)換采用平面和高程分開兩步轉(zhuǎn)換方法。各分區(qū)分別采用布爾莎七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型法進(jìn)行平面轉(zhuǎn)換，再利用大地似大地水準(zhǔn)面精化成果擬合方法進(jìn)行高程轉(zhuǎn)換。

2.4 航帶拼接和系統(tǒng)誤差改正

將每條航帶點(diǎn)云數(shù)據(jù)和參考面數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行平面和高程檢查和校正，小于限差后，再進(jìn)行航帶拼接。利用檢校場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏心角與偏心分量計(jì)算，得到設(shè)備系統(tǒng)偏向角改正數(shù)與偏心分量改正數(shù)。應(yīng)用偏心角改正數(shù)與偏心分量改正數(shù)于航飛成果數(shù)據(jù)來抵消系統(tǒng)誤差，達(dá)到改正系統(tǒng)誤差目的。

3 基于Terrascan下LIDAR點(diǎn)云分類

在Terrascan軟件下進(jìn)行的點(diǎn)云分類包括點(diǎn)云自動(dòng)分類和點(diǎn)云手動(dòng)分類。點(diǎn)云的自動(dòng)分類在整個(gè)lidar數(shù)據(jù)處理中起著重要的作用，其分類結(jié)果的好壞直接影響著后續(xù)的手工分類的難度和效率，DTM等產(chǎn)品的精度。

3.1 準(zhǔn)備工作

用TerraScan讀入激光點(diǎn)，打開顯示模式控制窗口（如圖1）。通過該窗口來控制點(diǎn)云的顯示模式。

打開Tools-＞Showstatistics查看點(diǎn)云分層統(tǒng)計(jì)信息，看是否有未顯示出來的層，通過編輯ptc添加相應(yīng)層使所有點(diǎn)顯示出來。

圖1 激光點(diǎn)顯示控制窗口

應(yīng)用createditablemodel工具對(duì)地面層點(diǎn)建TIN，然后對(duì)構(gòu)建的TIN模型進(jìn)行渲染，所用工具為displayshadedsurface。通過全屏顯示視窗1查看是否有飛點(diǎn)、查看是否有整片缺地面點(diǎn)情況，剖面應(yīng)用到視窗2后全屏顯示看是否有噪音點(diǎn)（明顯高于或低于地面的點(diǎn)），用F2將這些點(diǎn)分類到第7層。然后將該層內(nèi)所有點(diǎn)刪除掉。

3.2 找回缺失地面點(diǎn)

3.2.1 顯示非地面點(diǎn)

創(chuàng)建地面點(diǎn)TIN模型、渲染。關(guān)閉地面點(diǎn)層(2-ground)的顯示，顯示其他可能有地面點(diǎn)的所有層點(diǎn)，放大至一定倍數(shù)，逐屏瀏覽分析，對(duì)有大片非地面點(diǎn)或有規(guī)律的非地面點(diǎn)處做剖面查看，將落在地面上的點(diǎn)分類回地面，可以用的分類工具有剖面結(jié)合線下分類工具、添加地面點(diǎn)工具操作界面。刷子分類工具(用于找特定的坎、堎等）操作界面。

3.2.2 顯示地面點(diǎn)

創(chuàng)建地面點(diǎn)的TIN，渲染。顯示地面點(diǎn)，放大至一定倍數(shù)，逐屏瀏覽分析，對(duì)大片無(wú)地面點(diǎn)處做剖面分析，如果缺失地面點(diǎn)，則通過分類工具將其分類回地面。

3.2.3 自檢

以上步驟完成后，將模型放大至一定倍數(shù)，再逐屏檢查一遍，自檢確認(rèn)沒有問題后再保存提交至質(zhì)檢處進(jìn)行檢查。

4 結(jié)論

目前，雖然數(shù)據(jù)處理軟件的研發(fā)相對(duì)滯后于系統(tǒng)硬件的發(fā)展，在一定程度上制約了其應(yīng)用的發(fā)展。但是，該技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)越性，在礦山開采中已得到越來越多的應(yīng)用。

LiDAR技術(shù)是新的獲取數(shù)據(jù)的方法，它具有普通航空攝影測(cè)量無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展、LiDAR理論的逐步完善，現(xiàn)在已經(jīng)由以前的理論階段進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)階段。LiDAR技術(shù)必定有更廣闊的發(fā)展前景。