第３６卷第１２期 ２０１３年１２月 测绘与空间地理信息 ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ ｌＮＦｏＲＭＡＴｌｏＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．１２ Ｄｅｃ．，２０１３ 简述利用ＡＬＳ７０机载激光雷达生产数据产品 李国明，咸桂玉 （吉林省航测遥感院。吉林长春１３００５１） 摘要：机栽激光雷达（ＬｉＤＡＲ）是近１０年出现的高新技术之一，能迅速获取密集的地面３维数据，并广泛应用于 各个领域。本文主要介绍了我院通过试验，获取及处理ＡＬＳ７０机栽激光雷达点云数据的方法。 关键词：ＡＬＳ７０机载激光雷达；ＬｉＤＡＲ点云数据；内插数字高程模型ＤＥＭ；数字正射影像ＤＯＭ；数字地面模 型ＤＴＭ 中图分类号：Ｐ２２８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—５８６７（２０１３）１２—０１５１—０３ ＡＬＳ７０ Ａｉｒｂｏｒｎｅ ＬｉＤＡＲ Ｄａｔａ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ＬＩ Ｇｕｏ—ｍｉｎｇ，ＸＩＡＮ Ｇｕｉ—ｙｕ （Ａｅ￣ａｉ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｒｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ（ＬｉＤＡＲ）ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｐｐｅａｒｉｎｇ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ １０ ｙｅａｒｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｑｕｉｃｋｌｙ ｇｅｔ ｔｈｅ ３Ｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄａｔａ ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ，ａｎｄ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｏｕｒ ｈｏｓｐｉｔａｌ ｂｙ ｔｅｓｔｉｎｇ，ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ ＡＬＳ７０ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＬＳ７０ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｌａｓｅｒ ｒａｄａｒ；ＬｉＤＡＲ ｐｏｊｎｔ ｃｌｏｕｄ ｄａｔａ；ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ ＤＥＭ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ；ｄｉｇｉｔｌ ｏｒｔａｈｏｐｈｏｔｏ ｍａｐ ＤＯＭ；ｄｉｇｉｔｌ ｔａｅｒｒａｉｎ ｍｏｄｅｌ ＤＴＭ ０ 引 言 总的来说，获取地面３维数据有以下几种技术：一是 立体摄影测量，其周期长、工作量大；二是ＧＰＳ技术，不适 宜大面积高密度获取地形点的坐标值，且在地面量ｉ赆０受 或被禁止的情况下难以获取地面的３维数据；三是机 载激光雷达（Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｌｉ ｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ，简记为 ＬｉＤＡＲ），是集激光扫描、全球定位系统（ＧＰＳ）和惯性导航 系统（ＩＮＳ）三种技术于一体的空间测量技术，它能够快 速、精确地获取地表３维信息，与传统的航测技术相比是 继ＧＰＳ技术之后测绘界又一重大技术。 １总体生产流程 图１是ＡＬＳ７０机载激光雷达生产数据产品的主要 流程。 １）航摄准备 图１ ＡＬＳ７０机载激光雷达生产数据产品 的主要流程示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ｆｌｏｗ 主要包括申请空域、设计航线、布设地面基站、选择 检校场。 １）航空摄影 主要包括系统运输、安装、地面测试。 ２）数据处理 收稿日期：２０１３—１０—２９ ｆ ＡＬＳ７０ ａｉｒｂｏｒｎｅ ＬｉｏＤＡＲ ｄａｔａ ｐｒｏｄｕｃｔｓ 主要是对ＩＰＡＳ数据解算、ＬｉＤＡＲ设备检校、机载激光与 作者简介：李国明（１９７４一），男，吉林长春人，工程师，本科学历，主要从事大地测量、航空摄影测量及地理信息系统的应用研究工作。 １５２ 测绘与空间地理信息 ２０１３年 航空相机影像预处理、精处理，最终得到数字测绘产品。 ３）成果制作 的参数以分别适应山地或平地等地形，获取较好的自动 分类精度，减少手动滤波分类的工作量。 利用数字产品制作相关的测绘成果。 ３．６通过影像数据预处理获取粗正射影像以辅 ２数据处理软件 数据处理主要是对ＩＰＡＳ数据解算、ＬｉＤＡＲ设备检 校、机载激光与航空相机影像预处理、精处理，最终得到 数字测绘产品的过程，机载激光雷达生产数据产品的关 助点云精细分类 １）坐标转换； ２）像片外方位元素安置； ３）Ｏｒｉｍａ空三精度检； ４）粗正射影像生产。 键技术。因此，在数据处理过程中要综合考虑软件的优 缺点。我院通过考察及对比采用了Ｔａｒｒａｓｏｌｉｄ系列产品中 ＴｅｒｒａＳｃａｎ，ＴｅｒｒａＭｏｄｅｌｅｒ，ＴｅｒｒａＰｈｏｔｏ模块进行激光点云的 处理，并且提取ＤＥＭ，ＤＯＭ，ＤＳＭ。 ３数据处理基本流程 ３．１ 外业高程控制点采集 ＬｉＤＡＲ是ＰＯＳ和激光技术的集成，但仍需要外业采 集高程控制点，用于激光数据检校和测区激光条带之间 接边差的改正。通常需要对整个测区均匀采集控制点， 甚至某些条带上都需分段采集。 ３．２ ＩＰＡＳ数据处理 ＩＰＡＳ数据处理直接关系到激光点云的精度，是整个 预处理过程中关键技术之一，并利用飞行航迹差分解算。 ３．３激光精密检校 原始激光数据（ＳＣＮ）必须在正确的检校参数校正下， 才可以正确解算出激光点的坐标数据，所生成的点云才 能真实反映大地高程值的变化情况。因此，高质量激光 检校对产品精度起着关键作用。激光检校工作内容多， 是整个ＬｉＤＡＲ数据处理中的最关键技术。作业过程中需 要对每一个检校内容反复进行，直到检校合格。 ３．４相机精密检校完成后，进行ＬＰＳ立体像对 同名地物点的配准检查 ３．５通过激光数据预处理对已粗分类后的点云 数据进行数据分发，为大规模作业生产提 供标准图幅的源数据文件 １）条带拼接接边差调整 激光条带之间的接边差调整是关键技术之一，需要 参照外业高程控制点对每个条带之间的接边差进行大量 统计，反复调整，消除视准轴检校角度残差的影响。 ２）精度检测 通过激光高程精度统计进行误差分析。 ３）坐标转换 原始点云数据坐标系统是ＷＧＳ８４坐标，实际作业中 需要在进行产品生产制作前将其转换为西安８０或国家 ２０００坐标系，高程采用１９８５国家高程基准。点云坐标系 转换可采用平面坐标转换和高程拟合结合的方法。 ４）点云粗分类 在ＴＳＣＡＮ和ＴＭＯＤＥＬ模块中对激光条带数据进行 分块处理，并编写宏命令逐块进行滤波分类，区分地面 点、植被、建筑物等类别。试验中通过反复调整宏命令中 ４激光及影像数据处理 激光及影像数据处理即点云精细分类，是对自动分 类成果参照粗略正射影像数据进行手动精细分类滤波， 以获得高精度的数字高程模型和数字表面模型。主要包 括对高程突变区域的调整参数和算法重新进行小面积的 精细分类和采用人工编辑的方式对分类错误点进行重新 分类。结合精度要求，将ＬｉＤＡＲ点云数据地面点精确分 类出来，一般将ＬｉＤＡＲ点云数据分为Ｗａｔｅｒ（水系点）， Ｇｒｏｕｎｄ（地面点），ｎｏｉｓｅ（噪音点），ｄｅｆａｕｌｔ（缺省点），ｂｒｉｄｇｅ （桥梁），ｔｅｍｐ（其他点）和ｌｏｗｐｏｉｎｔ（低点）七类。 ４．１ 点云分类的原则 １）地貌、土质及与地面相连的道路、水系、高台等地 物应表示； ２）建筑物、高塔等人工地物（如架空跨越的桥梁）、植 被、地物应与地面点进行区分； ３）临时地物（如临时土堆等静地物，车辆、行人、飞鸟 等动地物）、粗差点等应剔除； ４）地物尺寸小于产品格网间距的可忽略； ５）地物高程差异小于相应比例尺ＤＥＭ中误差的 忽略； ６）对于制作ＤＥＭ需要滤除的地物应放到相应的类 别，不能删除； ７）手动分类前对于静止水域如池塘、湖泊应进行置 平处理； ８）河流水涯线上的高程应从上游到下游逐渐降低， 水涯线同一平面位置高程值置平。 ４．２点云分类方法 １）对高程突变区域，调整参数或算法，重新进行小面 积的自动分类； ２）对分类错误的点重新进行分类；分类时，以点云切 剖面为主要依据，ＤＯＭ仅作参考；在比较平滑、直线区域切 剖面时，剖面宽度可适当放大，在拐角尤其是立交桥、高架 公路等接地与架空的临界区域，切剖面一定要尽量窄，务 求精确；沟渠宽度５ ｎｌ以内的可不作水域点的精细分类； 宽度大于５ ｍ和面状水域在制作ＤＥＭ时均需置平。生成 的水域边界ｂｒｅａｋｌｉｎｅ特征点在读入后分类为ｔｅｍｐ。 ４．３对于数据空白区域、特殊地物点云分类处 理时应遵循以下原则 １）对于河流、湖泊等面积较大的无数据水体区域，采 集水涯线作为特征线参与高程模型的生成。当点云数据 第１２期 李国明等：简述利用ＡＬＳ７０机载激光雷达生产数据产品 １５３ 中无法获取水涯线高程时，应实地补测高程信息； ２）对于滤除非地面点后出现的零散、小面积无数据 区域，制作数字高程模型时，根据数据实际情况设置较大 的构网距离，保证插值结果反映完整地形，不能出现插值 漏洞； 坐标系。为了确保转换的正确性可以通过对一些已知检 查点做精度对比，编写精度报告和评估报告。 ６．２数据后期处理质量控制 １）点云各航带间吻合检查 主要通过对激光点云数据做剖面（断面）观察，检查 同名点的高差和位置偏移，量度要控制在限差之内。 ２）点云分类检查 ３）对于山体、陡坎或地物遮蔽严重等特殊地形区域， 由于地面数据缺失，插值后损失地形细节，影响ＤＥＭ成 果精度。根据成果的精度要求，对不满足要求的区域进 行外业实测、补测高程信息，或采用同期数码影像基于立 体像对补测特征点、特征线等高程信息，保证地形细节 完整； ４）对于立交桥、高架路、桥梁等架空于地面或水面之上 的人工区域，根据要求保留地面或水面上的激光点云数据； ５）对于路堤、土堤、拦水坝、水闸等构筑物底部与地 面相接的，应保留这些地物的点云数据。 通过将点云分类显示、按高程显示的方法，目视检查 分类后点云，对有疑问处用断面图进行查询、分析。地面 点检查一般采用建立地面模型的方法进行。对模型上不 连续、不光滑处，绘制断面图进行查看。参照粗略正射影 像，辅助检查分类的可靠性。 ３）数据产品成果（ＤＯＭ，ＤＥＭ，ＤＬＧ）检查 依据ＧＢ／Ｔ １８３１６｛数字测绘成果质量检查与验收》、 专业技术设计书逐项进行检查，填写质量跟踪卡。 ５数据产品的制作 结合我院试验对ＡＬＳ７０机载激光雷达扫描数据进行 自动滤波、手工精细分类后的点云数据进行输出。按照 ７结束语 本文主要通过试验，简述获取及处理ＡＬＳ７０机载激 需求可获取地面模型ＤＴＭ，内插数字高程模型ＤＥＭ、对原 始影像数据纠正获得ＤＯＭ；结合ＤＥＭ，ＤＯＭ生产数字线 划ＤＬＧ数据。 光雷达的点云数据，生产数据产品的方法。 机载ＬｉＤＡＲ技术是实现空间３维坐标和影像数据同 步、快速、高精度获取的国际领先的空间技术，在采集地 标数据方面具有传统航空摄影测量无法比拟的巨大优 势，３维激光雷达技术是高精度逆向３维建模及重构技术 的，是进行大区域空间监测的利器。随着ＤＧＰＳ技 ６质量控制 主要是坚持各个生产环节中的质量检查，采用自检、 术、数据传输技术、计算机技术和图形图像处理技术的发 展，现代激光扫描系统已经在许多领域得到了普遍应用。 因此，激光扫描技术及其相关技术的发展，为遥感领域开 辟了一种全新的数据获取手段。 互检和专项检查相结合，各工序中建立质量填写记录制 度，保证合格产品转入下工序。 ６．１ 数据前期处理质量控制 １）ＧＰＳ差分解算（ＤＧＰＳ） 航摄采集数据主要检查其完整性，包括原始激光数 据、原始ＩＭＵ数据、原始航片文件、机载及基准站ＧＰＳ数 据、填写航摄数据检查报告。 ２）ＤＧＰＳ／ＩＭＵ联合处理 参考文献： ［１］ 高国锋．吉林省航测遥感院机载激光雷达实验项目专业 技术设计书［Ｇ］．长春：吉林省航测遥感院，２０１３． ［２］ 李淑琴．机载激光雷达技术的数据处理与４Ｄ产品制作 ［Ｊ］．全球定位系统，２０１２，３７（２）：４３—４７． 原始数据集成前要进行数据完整性和正确性的详细 检查，确保可以完整集成输出成果。填写原始数据的处 理报告。 ３）坐标系统转换 原始点云数据坐标系统是ＷＧＳ８４坐标，实际作业中 ［３］ 王师，周晓翠．机载激光雷达数据处理质量控制与解决 方案探讨［Ｊ］．红水河，２０１２，３１（３）：９１—９５． ［４］ 张煜，窦延娟，张晓东．机载激光雷达数据采集及数据处 理［Ｊ］．长江科学院院报，２０１０，２７（１）：１３—１６． 需要在产品生产制作前将其转换到西安８０或国家２０００ （上接第１５０页） ［编辑：胡雪］ 参考文献： ［１］ 吴静．ＡｒｃＧＩＳ ９．３ Ｄｅｓｋｔｏｐ地理信息系统应用教程［Ｍ］． 北京：清华大学出版社，２０１１． ５ 结束语 笔者在生产实践中探索服务于土地利用现状与潜力 分析的空间数据组织设计与数据处理方法，为更加科学 和真实地反映城市土地复杂的利用情况和挖掘现有土地 的开发潜力的数据准备创造了条件。 ［２］ 季小妹，邵波．中国土地利用潜力研究进展与启示［Ｊ］． 生态环境学报，２０１２，２１（１）：１８０—１８６． ［３］ 尹树美，李明玉．城市土地潜力分析——以延吉市城区 土地为例［Ｊ］．安徽农业科学，２０１１，３９（１）：６０Ｏ一６０２． ［编辑：胡雪］
