基于LIDAR技術的空三加密及DOM制作方法

發布日期：2018-06-21 00:00 瀏覽量：12142

　　1、概述

　　Lidar測量技術（ Light Detection And Ranging），目前是一種先進的空間測量術，它集激光掃描、全球定位系統（GNSS）和慣性導航系統（INS）三種技術于一身，能夠快速、精確地獲取地表信息，是目前繼GPS技術之后的又一重大技術革命。與傳統航測生產模式相比，Lidar測量技術具有生產周期短、成圖精度高、費用低等優點。Lidar測量技術可以通過專用的軟件處理獲得的數據，使地面高程模型（DEM）、數字正射影像圖（DOM）大規模、快速生產得以實現。

　　2、軟件介紹

　　Lidar數據的處理軟件比較多，其中應用比較成熟的有TerraSolid系列軟件，是由芬蘭TerraSolid公司開發的一套商業化處理Lidar數據的軟件，它是基于MicroStation平臺開發、通過MDL程序調用各種處理模塊。其中的主要模塊有TerraScan，TerraPhoto，TerraModeler等。TerraScan專門處理點云數據，可以編譯各種宏命令，手動或者自動分類數以萬計的點云；TerraPhoto可以進行手動、半自動、全自動空三加密；全手工或半自動制作DOM等。

　　3、數據處理流程

　　利用飛行的機載Lidar設備、航空數碼相機，采集海量的原始點云、航跡信息、數碼航片等數據，通過影像調色、數據預處理、空三加密、拼接線修改、勻色、DOM生成等一系列處理，生產出符合相應精度標準的DOM成果。

　　3.1空三加密

　　空三加密是在TerraPhoto模塊下完成的，其精度是保證生成DOM產品精度的關鍵，與傳統的航測制作DOM相比，整個產品的制作完全不需要外業像控點，主要是通過添加連接點（tie points），對相機文件的三個參數（Heading、Roll、Pitch）進行調整來完成，它們對DOM產品的精度有重要的影響。

　　首先進行手動加密，除每條航線的首尾航片必須加點控制外，中間的航片每隔幾張需要加密點，并且保證每張相片上至少都有點控制范圍。加密的點要盡量布設在航片的四個邊角區域，均勻分布，使控制的范圍最大化。加密過程中通過連接點（tie points）的迭代計算，反復對相機文件的三個參數（Heading、Roll、Pitch）進行調整，使其值穩定，不再變化。

　　手動加密的精度高，可以大大減輕后續半自動加密和全自動加密的工作量，提高工作效率，最終提高成果的精度。手動加密完成后進行半自動、全自動空三加密。最后還要對基本定向點的指標進行分析和評價。

　　全自動空三加密由于完全缺少人工干預，往往會出現不符合實際、誤差較大的點，即所謂壞點。所以全自動加密結束后，要對每張航片的數據壞點進行剔除。剔除的原則是要求連接點（tie points）的平面位置中誤差和最大誤差符合空三加密精度要求。另外加密在水面上、房屋、橋梁上等不符合要求的點，也要剔除。

　　由于加密工作區往往很大，整塊加密效率低。因此要分割成各個區域，單獨進行手動和半自動空三加密，完成后把各個區域的連接點（tie points）集成過來統一進行全自動加密。如果加密范圍過大會導致系統計算時間長，對硬件要求也很高，因此可以選擇對model_keypoint點云進行抽稀，再進行全自動加密計算，這樣可以保證后期DOM制作的精度，兼顧了生產效率和產品質量。

　　3.2 DOM制作及勻色

　　下面進行DOM的制作。原始航片勻色處理工作對DOM產品質量影響非常大。首先要對原始航片進行勻色處理，使原始航片色調整體自然，符合實際，對于季節變化引起地物變化的航片應盡可能讓銜接部分過度自然。然后通過修改拼接線、在拼接線附近添加color point勻色、生成標準圖框等操作生成DOM。

　　在TerraPhoto模塊下，有兩種修改拼接線的方法，一種是手動生產方法，就是純手工修改拼接線、目視添加color point進行勻色處理；一種是自動修改拼接線、自動尋找color point勻色的方法。這兩種方法有不同的適應范圍，在居民區等比較密集復雜的區域比較適合純手工修改拼接線，由于拼接線調整過大，會加大后面拼接線附近勻色及后期圖幅接邊的工作量，這種手工的生產方法費時費力、效率低下；在農田、耕地、池塘比較密集的郊區、農村、山區，建筑物密集區域少，可以充分利用軟件自動添加color point勻色和自動修改拼接線的功能，采用半自動的DOM生產方案，往往可以提高生產效率。所以針對不同的地形，首先進行目視判斷地物復雜密集程度，再選擇采取最佳方案。

　　無論采用哪種方法，要注意保證地物單位的完整性，不出現地物錯位、地物明顯丟失等錯誤，不要穿過建筑物，盡量沿著道路、水面、田埂等平坦地形修改拼接線。手動添加color point時，要適當添加在拼接線兩邊，地物變化、變形明顯、影像色調不一致的地方，也要避免出現偏色、暗色、亮斑等噪點，使色調均勻，過度自然。

　　然后就可以按標準圖框生成輸出成果。

　　結語

　　Lidar技術已經成為一種先進的測量技術方法，具有廣闊的運用前景和發展潛力。它比普通航空攝影測量更具優勢，具有精度高、效率高、產品豐富等特點，能極大地提高生產效率，縮短生產周期，提高作業精度，將會逐步取代傳統的航空攝影測量技術，廣泛地應用于測繪等各領域。

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