Lidar點云處理技術在航空攝影測量數字高程模型和正射影像快速生產中的應用探索

孫健 徐娜 張濤 李明華

1.河南黃河勘測設計研究院,鄭州 450003

2.河南省測繪工程院,鄭州450003

3.開封第二黃河河務局

Lidar點云處理技術在航空攝影測量數字高程模型和正射影像快速生產中的應用探索

孫健1徐娜2張濤2李明華3

1.河南黃河勘測設計研究院,鄭州 450003

2.河南省測繪工程院,鄭州450003

3.開封第二黃河河務局

提出了利用激光雷達點云處理技術來對基于航空攝影立體像對影像匹配DTM點云進行處理，快速生成數字高程模型和正射影像產品的設想，并利用激光雷達點云處理軟件

TerraSolid進行了實際的生產探索。

激光點云；DTM；數字高程模型；正射影像；TerraSolid

1、概述

激光雷達（Lida r）在測繪中的應用異軍突起，基于TerraSolid系列軟件的激光雷達點云處理技術手段日趨完善。新的遙感測繪技術的發展是否代表著傳統航空攝影測量方式的沒落？這是一個值得業界思索的問題。由于航空攝影立體像對匹配DTM點與激光雷達點云在數據定義與性質有高度的相似之處，能否利用現有的激光雷達點云處理技術把航空攝影立體像對影像匹配DTM點當作激光雷達點云來處理來提高航測DEM數據制作的效率和質量？

本文將以某平原地區約123平方公里范圍航測正射影像工程為例介紹利用激光雷達點云處理系統TerraSolid和數字攝影測量系統VIRTUOZO進行了實際生產探索的詳細方法和過程。

2、實踐流程

2．1、實踐流程描述

（1）空三加密

利用外業相片控制點成果，在JX4或者PATB等空三加密軟件環境下，進行空三加密處理，獲取足夠數量的加密控制點的同時恢復各航空影像攝影瞬間的攝站坐標和相片姿態即外方位元素；

（2）空三加密成果應用

內定向，相對定向，絕對定向產生核線立體像對；按像對自動影像匹配模型DEM；

（3）影像模式下的DEM處理

利用由河南省測繪工程院獨立研發“基于影像化的字高程模型處理軟件”與ERDAS遙感影像處理系統相結合，在影像模式下完成單模型DEM間對中鑲嵌，獲取全區DEM數據，然后按照硬件的配置高低合理分塊，轉換為分塊點云XYZ(*.dat)；

（4）Ter raSo lid下點云處理

利用“TerraSolid”將上述分塊點云數據進行手動或者自動分類，剔除噪聲粗差，剔除房頂，樹冠等非地面點，保留地面點；

（5）數字攝影測量系統中進行點云后處理

由分類后的離散地面點內插格網DEM并轉換格式進入數字攝影測量系統。在立體模型下，根據實際地形特點編輯DEM數據；

（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、實踐具體過程

上述（1）～（3）步驟從“空三加密”到“匹配單模型DEM產品”在數字攝影測量系統中的數據處理方法與流程不用冗述，詳細參閱各數字攝影測量系統使用說明書。詳細講述從單模型匹配DEM數據以后具有特色的處理過程和方法。

3．1、影像模式下的DEM處理

3．1．1、全區域單模型DEM批量轉換為影像DEM（*.im g）

圖3.1.1.1 影像化單模型DEM

3．1．2、全區域單模型影像DEM（*.im g）對中鑲嵌，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進行對中鑲嵌，并導入分幅文件進行必要分幅；

圖3.1.2.1加密區單模型影像DEM鑲嵌工程

利用對中鑲嵌的優點：按常規航內思路中以一個像對匹配而來的單模型DEM數據只有以模型中心外擴某一范圍內為有效區域，采用影像化的對中鑲嵌既能保證模型間的無縫又能自動取得單模型DEM內最可靠的部分，在設置一個格網的羽化參數的情況下，可以有效避免模型間DEM接邊后反轉等高線交叉的問題，是一個很不錯而且適用的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，來作為點云數據手動分類的參考底圖；

圖3.1.3.1真彩色的坡度坡向圖作為手動分類參考底圖

3．1．4、導出分塊點云數據XY Z(*.dat)

利用開發工具將拼接后全加密區影像DEM轉換成Lidar處理軟件能導入的XYZ點云數據；

3．2、 TerraSolid下點云處理

3．2．1、導入分塊點云數據XY Z(*.dat)

3．2．2、套合真彩色坡度圖作為手動分類參考底圖

圖3.2.2在TerraPhoto導入真彩坡度圖設置與點云套合效果

3．2．3、點云分類處理

反復迭代剔除粗差，自動分出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）

圖3.2.4.2用BRUSH功能快捷手工分類細部效果

3．2．5、分類完成剔除非地面點，保留自動分出的g r o u n d點類和手工干預的keeppoin t點類；

圖3.2.5.1點云分類后整體效果

圖3.2.5.2點云分類后細部效果（一）

圖3.2.5.3分類后細部效果（二）

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

3．2．6、由導出的離散地形點內插DEM

這一過程可以選用ERDAS，也可以選自主開發的離散三維點內插DEM程序；

圖右為原始DEM

圖左為分類處理后DEM

可見十字絲中異常匹配點已經自動處理掉

圖左為分類處理后DEM

圖右為原始DEM

可見十字絲中農村居民點中房頂上的點已經大部分濾出，地塊中地形細節得以保留；

3．3、立體模型下精細編輯

利用自主開發的軟件系統，將上述DEM分幅并進行格式反轉進入數字攝影測量系統；在立體像對下再進行簡單的編輯，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

通過用激光雷達點云處理軟件TerraSolid進行了實際的生產探索，證明了利用激光雷達點云處理技術來對基于航空攝影立體像對影像匹配DTM點云進行處理，快速生成數字高程模型和正射影像產品的設想是有實踐可行性的結論如下：

1）可以進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匹配的格網間距以便更好的模擬LIDAR點云數據統計特性，分類效果更明顯；

2）利用航測的方法快速制作大范圍的高質量的DEM，DTM將會成為現實；

3）在大比例尺的DEM，DOM制作中優勢明顯；將對我們現行的DEM,DTM,DOM生產模式和流程進行極其有效的補充取消大部分的人為干預工作量，通過實驗表明由DEM異常引起的DOM變形的問題也能有效的緩解。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.077