淺析從激光LiDAR數(shù)據(jù)到數(shù)字線劃圖DLG

激光雷達(dá)的概述

激光雷達(dá)作為一種航空攝影測(cè)量系統(tǒng)，它是集激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(IMU)、數(shù)字?jǐn)z影系統(tǒng)于一體的攝影測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)激光掃描儀的激光測(cè)距，獲得激光掃描儀到地面距離的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用慣性導(dǎo)航測(cè)量(IMU)／差分定位(DGPS)技術(shù)來(lái)獲取飛機(jī)的瞬時(shí)位置和激光掃描儀的姿態(tài)，高分辨率的數(shù)碼相機(jī)同時(shí)獲取目標(biāo)的高分辨率影像。

機(jī)載激光LiDAR系統(tǒng)能夠直接獲取地面物體的三維坐標(biāo)信息，構(gòu)建高精度的數(shù)字地面模型(DTM)，高效制作數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像(DOM)，具有自動(dòng)化程度高、受天氣影響小、數(shù)據(jù)獲取周期短、精度高等特點(diǎn)，且對(duì)植被具有一定的穿透能力無(wú)需布設(shè)像控，目前在高速公路、電力選線、石油勘探等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

機(jī)載激光LiDAR數(shù)據(jù)應(yīng)用：如何制作數(shù)字線劃圖DLG？

數(shù)字線劃圖(DLG)是以點(diǎn)、線、面的形式或地圖特定圖形符號(hào)形式表達(dá)的地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。利用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)制作數(shù)字線劃圖DLG時(shí)，使用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)快速生成數(shù)字地面模型和數(shù)字正射影像，再使用數(shù)字地面模型和數(shù)字正射影像快速生成等高線和采集地物矢量數(shù)據(jù)，然后通過(guò)外業(yè)調(diào)繪和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯，制作出數(shù)字線劃圖。

機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)制作數(shù)字線劃圖DLG的流程

(1)對(duì)航攝數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。航測(cè)過(guò)程中進(jìn)行了IMU慣性導(dǎo)航測(cè)量和GPS的空地聯(lián)測(cè)，所以要通過(guò)對(duì)GPS數(shù)據(jù)差分解算，輸出激光航跡和相機(jī)航跡以及計(jì)算航測(cè)坐標(biāo)到工程坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過(guò)參考面數(shù)據(jù)對(duì)激光點(diǎn)云進(jìn)行參數(shù)檢校。

(2)激光點(diǎn)分類(lèi)，主要是靠軟件自動(dòng)分類(lèi)。在對(duì)激光數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，在專業(yè)軟件中導(dǎo)人激光點(diǎn)數(shù)據(jù)和航跡數(shù)據(jù)，設(shè)置好參數(shù)，然后使用軟件的自動(dòng)分類(lèi)功能對(duì)激光點(diǎn)云進(jìn)行分類(lèi)。

(3)正射影像制作，主要是使用分類(lèi)后的激光點(diǎn)輔助原始影像進(jìn)行正射糾正。在導(dǎo)入分類(lèi)好的激光點(diǎn)、相機(jī)參數(shù)和原始影像，同時(shí)給影像添加完連接點(diǎn)、設(shè)置好參數(shù)后，對(duì)影像進(jìn)行正射糾正，快速生成正射影像。 

(4)對(duì)分類(lèi)后的激光點(diǎn)對(duì)照正射影像進(jìn)行手工優(yōu)化分類(lèi)，然后創(chuàng)建可編輯地面模型。對(duì)照地面模型和正射影像，對(duì)特征線進(jìn)行采集。通過(guò)在構(gòu)建的三角網(wǎng)中插入特征線，修改數(shù)字地面模型，利用修改后的數(shù)字地面模型內(nèi)插生成等高線，并根據(jù)需要的間距自動(dòng)標(biāo)注高程點(diǎn)，把等高線轉(zhuǎn)換格式后在MAPGIS圖形編輯器中進(jìn)行編輯。

(5) 在MAPGIS圖形編輯器中，將數(shù)字等高線圖與正射影像圖進(jìn)行疊加，生成等高線正射影像圖，然后在等高線正射影像圖中對(duì)地物、建筑物、地貌、水系、管線、植被、分類(lèi)界、道路等地物進(jìn)行矢量化，并進(jìn)行編輯，生成初步的線劃地形圖。 

(6)利用初步的線劃地形圖到實(shí)地進(jìn)行調(diào)繪，調(diào)查并編輯地物、建筑物、地貌、水系、管線、植被等的屬性及相關(guān)數(shù)據(jù)和名稱。

(7)調(diào)繪完成后，內(nèi)業(yè)根據(jù)外業(yè)調(diào)繪成果，對(duì)數(shù)字線劃圖上的點(diǎn)、線、區(qū)及其他圖面元素進(jìn)行編輯，然后按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字地形圖(制圖數(shù)據(jù))編輯，提交數(shù)字地形圖成果。

制作數(shù)字線劃圖DLG過(guò)程中的注意事項(xiàng)

1、數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理是數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)作圖的銜接部分，是質(zhì)量保障的重要一環(huán)。數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)對(duì)激光數(shù)據(jù)要進(jìn)行分塊和重疊剪切，方便作圖。

2、激光點(diǎn)分類(lèi)

激光點(diǎn)分類(lèi)時(shí)，如果需要轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，則需要在導(dǎo)入激光數(shù)據(jù)時(shí)輸入坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。參數(shù)的設(shè)置好壞是在作業(yè)過(guò)程中積累經(jīng)驗(yàn)、逐步改進(jìn)的。

3、生成正射影像

對(duì)快速生成的正射影像進(jìn)行檢查，主要是檢查圖片之間的拼接是否良好，以及正射影像與激光點(diǎn)的確切配準(zhǔn)，如果圖片之間的連接不好就檢查連接點(diǎn)直到滿足制圖精度要求。對(duì)最終生成的正射影像進(jìn)行自檢，如果不符合制圖精度要求(如變形的橋梁和路面)，對(duì)其進(jìn)行修改(在模型中加入斷裂線)。

4、手工優(yōu)化激光點(diǎn)

對(duì)分類(lèi)過(guò)的激光點(diǎn)進(jìn)行手工優(yōu)化分類(lèi)，是由于激光點(diǎn)自動(dòng)分類(lèi)有它本身的局限性，在地形復(fù)雜或者有低植被覆蓋地面的地方，系統(tǒng)無(wú)法利用給定的參數(shù)對(duì)其精確分類(lèi)，在生成地面模型時(shí)這些地方就不能真實(shí)反映地表信息，利用DTM生成等高線、線劃圖時(shí)，會(huì)影響制圖精度，所以要對(duì)照DTM對(duì)其進(jìn)行手工編輯。

5、房屋矢量化

房屋的矢量化是在上一步的激光點(diǎn)上跟蹤的，矢量化完畢后，將結(jié)果轉(zhuǎn)換格式導(dǎo)入MAPGIS圖形編輯器中進(jìn)行編輯。在等高線正射影像圖中對(duì)地物進(jìn)行矢量化時(shí)，考慮工作效率和編輯修改，最好計(jì)劃矢量化的順序。

6、工作執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

外業(yè)調(diào)繪，要按GB／T7931--2008《1：5001：10001：2000地形圖航空攝影外業(yè)規(guī)范》要素類(lèi)進(jìn)行調(diào)查和注記。與傳統(tǒng)調(diào)繪相比，由于內(nèi)業(yè)對(duì)地物、建筑物、地貌、水系、管線、植被、分類(lèi)界、道路等地物要素的采集，使外業(yè)調(diào)繪主要變?yōu)檎{(diào)查和注記，減小了工作量，加快了成圖效率。

綜上所述，講述了利用機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)制作數(shù)字線劃圖的基本流程以及需要注意的事項(xiàng)。隨著攝影測(cè)量設(shè)備的不斷更新，專業(yè)軟件的功能和算法不斷優(yōu)化完善，使得機(jī)載LiDAR技術(shù)更加成熟。

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