机载LiDAR数据处理ppt课件.ppt

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1、辽宁工程技术大学测绘学院 摄影测量与遥感教研室 任课教师：王丽英,激光遥感数据处理,机载激光雷达数据处理,1 激光,激光（Laser，Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的意思是“光的受激辐射放大”或“受激发射光放大”，它包含了激光产生的由来。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,物质中的原子、离子和分子等粒子都处于一系列不同的非连续的能量状态，这些状态称为能级。通常，粒子都处于能量最低的能级基态。当粒子受到外部能量的激发时，它可吸收一定的能量跃迁到较高能级，这个过程称为受激吸收。粒子总

2、是力图使自己处于能量最低的稳定状态，处于高能级的粒子又会自发地跃迁到较低能级上，同时以光子形式释放出多余的能量。光子的能量等于两能级之间的能量差，这种没有外界作用的光发射称为自发辐射。普通光源（如电灯、日光灯等）都是靠这种自发辐射发光的。由于各个粒子都各自独立而无规律地进行自发辐射，所产生的光在方向、 频率、相位和偏振态上都不相同， 相干性也很差。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,与自发辐射相反，如果有外来光子的引发或感应，则高能级上的粒子也会跃迁到低能级，并产生与入射光的方向、频率、相位和偏振态都相同的光，这种由外来光子“刺激”引起的光发射称为受激辐射。根

3、据受激辐射理论，如果大量原子处在高能级E2上，当有外来光子入射时，从而激励E2上的原子产生受激辐射，得到两个完全相同的光子，这两个光子再激励E2能级上原子，又使其产生受激辐射，可得到4个特征相同的光子，这就以为着原来的光信号被放大了。这种在受激辐射工程中产生并被放大的过程就是光的受激辐射放大，产生的光就是激光。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,通常，当物质处于热力平衡态时，粒子在各能级上的分布服从平衡态下粒子的统计分布规律（波尔兹曼分布律）： 其中，K为波尔兹曼常数，N2、N1分别为高能态E2和低能态E1的粒子数、由于E2E1、T0,故N2N1，即高能级上的

4、粒子数总是少于低能级上的粒子数，因而入射光使物质产生的受激辐射少于受激吸收，光束不会放大而是逐渐减弱。如果从外部不断供应能量，则可使物质中处于高能级上的粒子数在某一时刻会比低能级上的多，这种现象称为粒子数反转。此时，在外来光子的引发下，会发生大量的受激辐射,从而超过受激吸收,使光放大。如果再外加一个谐振腔，则可使光束在其中往复反射，即形成持续的振荡，使光束不断增强，最后从一端输出强大的光，这就是激光。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,2 激光雷达,激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。 工

5、作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统 、接收系统 、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,LiDAR系统包括一个单束窄带激光器和一个接收系统。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉

6、冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。同时记录下目标的反射率特性，即回波强度信息，强度数据可表示为像素的灰度，从而形成图像，即强度图像。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,3 激光测距技术,激光测距原理： 测距仪由激光发射系统和探测系统组成。工作时，激光器发射激光，光束穿过大气到达目标，经目标反射后返回，并由探测器接收。测出从激光发射到反射光被接收所经历的时间， 根据运动学中最基本的关系即可求出目标的距离。,激光测距测量距离一般有两

7、种方式：脉冲法和相位法。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,脉冲激光测距：如果光以速度c在空气中传播，在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。 D=ct/2 式中：D-测站点A、B两点间距离； c-光在大气中传播的速度； t-光往返A、B一次所需的时间。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,相位式激光测距原理是首先向目标发射一束经过调制的连续波激光束，光束到达目标表面后被反射,通过测量发射的调制激光束与接收机接收的回波之间的相位差，可得出目标与测距机之间的距离。 若调制光角频率为，在待测量距离D上往

8、返一次产生的相位差为，则对应时间t 可表示为： t=/ 其中，=2f，f为调制光频率,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,4 概念,机载LiDAR（Light Detection and Ranging）技术是将全球定位技术（Globe Position System）、惯性导航技术(Inertial Navigation System)、激光测距技术(Scanning Laser Ranging)有效集成，实现快速获取地面三维坐标的对地观测技术。不同的文献对其称呼有：LA(Laser Alti

9、metry，激光测高)，ALA(Airborne Laser Altimetry，机载激光测高)，ALS(Airborne Laser Scanning，机载激光扫描测量系统)，ALM(Airborne Laser Mapping，机载激光测绘系统)，ALTM(Airborne Laser Topographic Mapping，机载激光地形测绘)，LiDAR(Light Detection and Ranging，激光雷达)等。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,5 机载激光雷达系统组成,机载激光雷达系统集成了多种先进技术的复杂系统，他需要多个模块共同协作，

10、才能发挥效能。LiDAR系统由空中和地面两部分组成。空中部分包括遥感器平台、激光扫描仪、Position and Orientation System(POS)、多波段传感器、同步控制装置；地面部分包括GPS参考站、离线执行的软件及硬件。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,6 激光雷达对地定位原理,已知空间一点G的三维坐标（XG,YG,ZG），并可准确测出由G点到待测定点P的矢量（模、方向余弦），那么就可以根据已知点加矢量的方法求出待测定点P的三维坐标(XP，YP，ZP)。通常已知点G的三维线

11、坐标由GPS提供，方向余弦由观测平台法线的俯仰角、侧滚角、航偏角及观测方向与法线间夹角组成的矢量矩阵算出（其中观测平台法线的、由姿态测量装置给出，矢量的模s由激光测距仪给出）。上述XG、YG、ZG、s已知，那么任意待测定点P的三维坐标(XP，YP，ZP)即可求出。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,光学机械扫描单元 激光测距仪只能实现某一具体方向上的单点测量，借助于安装平台的飞行，可以实现沿飞行方向的扫描测量，而要实现沿整个目标表面逐点测量的目的，就需要借助于机械扫描装置以实现垂直于飞行方向的

12、扫描测量。一束激光脉冲一次回波只能获得一个激光脚点的信息，因此需要借助一定的机械装置，通过扫描的方式进行测量。目前的机载LiDAR系统共有四种典型的机械扫描方式：摆镜扫描、旋转多面镜扫描、圆锥扫描以及纤维光学阵列扫描。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,摆镜扫描镜，旋转棱镜扫描仪，光纤扫描仪，旋转正多面体扫描仪,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,摆镜扫描方式原理：系统通过电动机带动反射镜，围绕转轴按照某一固定角度 反复摆动，当反射镜在不同位置时，入射光线与镜面的夹角（入射角）是周期变化的，与此对应，反射光线也将以不同的反射角度

13、而发出，这样在地面上的激光脚点就会落在不同的位置。摆镜周期性地摆动，激光脚点的位置就会周期性地在地面扫过，形成了垂直于转轴轴向的地面扫描。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,Leica的ALS60型和Optech公司的ALTM3100EA型。激光脚点分布特点：由于摆镜在两个方向往复摆动，对于地面产生的扫描线也是双向扫描；由于飞行方向与扫描方向垂直，结果在地面上形成Z状扫描线；由于机械运动的原因，摆镜在最边缘处加速度最大、速度最小，从而使激光脚点在边缘处扫描速度慢，具有过多的采样点，数据点密集；同样在航线正中间由于摆镜速度最大，则激光束扫描速度快，导致地面采样点

14、稀疏。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,旋转棱镜扫描旋转棱镜扫描方式使用一个可沿转轴旋转的棱镜作为反射镜，控制发射激光束的方向。棱镜的法线方向与旋转轴的轴向有一个夹角 ，镜面与旋转轴不垂直，它与旋转轴垂面的夹角为（与相等），旋转轴线与水平面的夹角为45度。激光器发射出的激光束照射到反射镜面，经过反射指向地面。反射棱镜每旋转一周，激光束在地面上激光脚点的轨迹就形成一个椭圆。随着飞机飞行，激光脚点形成沿飞行方向前进的无数椭圆。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,旋转多面镜扫描方式在主流LiDAR系统不常使用，在海洋激光雷达中使用

15、较多，我国自行研制的机载激光遥感基础系统使用的是这种方式。激光脚点特点：通过倾斜扫描镜使扫描镜的镜面具有一定倾角，旋转轴与发射装置的激光束成45度夹角，随载体的运动光斑在地面上形成一系列有重叠的椭圆。优缺点：最大优点是机械结构简单，运行平稳，适于高速旋转，有利于提高效率；可以获得具有一定重叠度的椭圆扫描轨迹，从而使测量的点的密度增大，并且可以对某些遮挡地区进行测量(在当前扫描视场角中被遮挡的地区，在下一个扫描角中，往往可以被测量到)。但是，其缺点也是明显的：测度分布不均匀，数据处理比较麻烦。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,旋转正多面体扫描其原理是：将正多面

16、体棱镜作为反射镜，沿其中一轴设一转轴，通过电动机带动转轴转动，使正多面体棱镜做匀速转动。随着镜面的转动，其位置不断变化，入射角也不断变化，反射光束的方向也随之变化。假设转速为 ，由于各个镜面都是相同的，则每隔360/ 的时间，镜面将回到初始位置。同样，反射光束方向也将回到初始位置。这样，镜面位置的变化时周期性的，反射光束方向也周期性地变化，地面上激光脚点的位置也在一定范围内往复变化。若沿转轴的轴向飞行，即可实现激光束对地扫描。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,激光脚点分布特点：由于转轴只沿着一个方向旋转，激光束的方向也将沿着一个方向扫描，一旦达到扫描边缘即立

17、刻回到初始位置，然后再沿同一方向进行扫描。因此，其激光脚点在地面形成单向扫描平行线轨迹；反射镜被匀速旋转，其地面扫描点的分布也比较均匀和规则。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,纤维光学阵列扫描 一种线扫描方式。在光纤扫描仪中，发射光路与接收光路一一对应，两组光纤排列成一行，分别安置在发射透镜和接收透镜的焦平面上。另外还有两个中心光纤分别与激光二极管和接收器前的滤波器相连接。两组光纤分别围绕中心光纤按顺序摆放成圆形光纤组，与两个旋转镜头一一对应。两个旋转镜同时旋转，激光从下方中心光纤中发射，经过透镜，被旋转镜头反射，再通过透镜射到圆形光纤组中的某一光纤，然后射

18、向地面。与此同时，被目标反射回来的激光经过上方光纤线组中某一根光纤，从右侧圆形光纤组上该光纤的位置上射出，经过透镜，被旋转镜头反射，再通过透镜，进入中心光纤，到达滤波器，形成被接收信号。这样，在发射通路和接收通路上的每一根光纤都按顺序同步工作，并且发射通路的光纤与相应的接收通路上的某一根光纤形成对应关系。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,目前商用LiDAR系统只有TopoSys公司的部分产品（Falcon II/III）使用这种扫描方式。激光脚点分布特点：在前几种方式中，通过反射镜反射，激光束被直接打到目标表面点上，而在这种扫描方式下，被反射镜反射的激光束将

19、进入一个线性光纤阵列中，然后再通过光纤阵列，打向目标表面点，在地面上产生的扫描线也是一个互相平行的扫描线。优缺点：光纤孔径很小，与其相联系的机械部分也很小，因此按这种方式的扫描速度非常快(高达630Hz)，采样点也非常密集；扫描点分布规则、比较均匀，可以进行前视和侧视采集，能充分使用旁向采集的所有点。缺点在不能灵活地调整视场角，且视场角较小，并且飞行速度不能过低，否则会造成航向的过采样。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,注：在地面形成的扫描形状不仅取决于激光扫描装置及其工作方式，还取决于飞机飞行方向、飞行速度和地形。由于实际飞行时飞机速度和扫描速度都不是均匀

20、的，因而机载激光雷达系统在地面上的激光脚点是不均匀的。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,7 激光雷达的数据标准化,美国摄影测量与遥感协会(ASPRS，the American Society for Photogrammetry &Remote Sensing)在2003年5月发布了LiDAR数据交换格式标准LAS1.0版本，在2005年5月又发布了LAS1.1版，目前正在制定LAS2.0版，已经推出了LAS Format 2.0-Initial Draft 1（http:/,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,点数据记录格式

21、,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,ALS60 LiDAR Sensor,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,(a) 强度图 (b) 参考光学影像,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,常见商用机载LiDAR系统及其技术参数,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工

22、程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,DEM,DLG,DOM,DSM,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,1) LiDAR原始飞行数据： 机载GPS与地面基站GPS的空间位置数据、惯性测量单元IMU测得的姿态数据、激

23、光测距仪通过测量激光传播时间测定传感器到地面测定点的距离数据、激光反射强度信息以及回波数据，有些硬件产品提供波形数据，有些集成数字成像系统的硬件产品提供光学影像。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,2)航线重构： 航线重构为后期的航带拼接，接边检查提供了数据支持。飞机上的GPS流动站与地面的GPS基准站的测量数据联合差分解算，即可确定飞机轨迹。由于GPS采样频率远远低于IMU的采样频率，因此需要利用IMU数据对GPS数据进行内插。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,POS 数据解算在POSPAC 软

24、件中对POS 数据解算过程如图2 所示。 、数据提取。将原始的POS 数据输入到Extract 模块中进行数据提取,提取出GPS 数据、IMU 数据和辅助传感器数据。、 GPS 数据拟合。用Extract 模块提取原始POS 数据中的GPS 数据与地面GPS 基准站采集的数据添加到POSGPS 模块中进行差分拟合,得到曝光瞬间摄影机投影中心精确的GPS 定位坐标。、 外方位元素计算。将精确的GPS 定位数据、IMU 数据和辅助传感器数据加载到POSProc块进行解算,得到精确的6 个方位元素。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学

25、学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,3)消减系统误差： 每个系统不可避免地存在系统误差，如GPS测量误差、姿态测量误差、激光测距仪内部误差、系统集成误差、大气折射误差、扫描角误差等。通过射程修正、扫描修正、大地水准面改正、点的精度检查、飞行高度、温度、压力等因素的环境校正进行误差的初步消减，并得出架次的精度报告。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,4)计算LiDAR点云的三维坐标： 对差分GPS数据、飞机姿态数据、激光测距数据及激光扫描镜的摆动角度数据进行联合处理，最后得到各激光点的x，y，z三维坐标数据

26、，即大量悬浮在空中没有属性的离散的点阵数据，我们形象地称之为“点云”。不同硬件系统的内部坐标、不同摄区的大地坐标、不同数据源所在的坐标系均不相同，需要将其转换到统一坐标系下进行作业。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,标准LAS 格式点文件生成 设置大气校正参数、距离校正参数、扫描仪校正参数、POS 误差允许参数。 添加LiDAR 原始数据文件和POS 中生成的外方位元素文件。设置输出文件的路径、输出文件的格式和输出文件的选项,运行后得到LAS 点文件。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院

27、摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,5)点云数据读写： ASPRS定义的LAS格式是比较流行的LiDAR文件格式。除此之外，各公司都制定了自己的格式，如EarthData公司的EBN、EEBN，TerraScan、TopEye等公司的二进制文件。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,6)航带拼接：不同飞行航带数据之间会产生畸变和错位等问题，航带拼接的目的是提高重叠区域数据精度，满足接边地物的连贯性。机载LiDAR的航带拼接问题在近几年受到越来越多的重视。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室

28、 王丽英,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,航带平差精度直接影响后期处理的精度。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,8)滤波分类： 机载LiDAR可以直接获取到相当密集的地面点3维坐标数据，并且激光具有一定的穿透能力，可以获取到被覆盖区域的地面点3维坐标数据，特别是点位精度较，高程精度甚至可达0.10m左右，是目前较为理想的生产较大范围、快速DEM的数据源，利用机载LiDAR获取DEM数据是机载LiDAR数据最为直接的应用。 然而初始数据不仅包括地面，也包括地面上的所有地物，如建筑物、植被、水、道路

29、及道路上的汽车等，所以在将数据应用于各领域之前，要把数据点分成地面点和非地面点。地面高程模型数据仅需要地表裸露点，由完整地块的地表裸露点三维数据构成数字高程模型DEM。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,从激光脚点数据点云中提取DEM需要将其中的地物数据点去掉，这就是LiDAR数据的滤波。研究如何从数据点云中分离出地形表面激光脚点数据以及区分不同地物(包括房屋、道路、植被等)激光脚点数据，就是数据的过滤和分类。 滤波的目的是过滤噪声点（剔除错误点和高程异常点，如地面以下的点云、飞行中的鸟等）、非地面点（地物点：如房屋、烟囱、塔、输电线、树、灌木、草等），保留地

30、面点云，为提取DEM提供支持。 分类的目的是根据客户要求，区分不同地物(包括房屋、道路、植被等)激光脚点的数据子集。随着实际应用需求的不断提高，快速高精度分类方法是该方面的一个热点研究方向。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,滤波的基本原理是一类是基于邻近激光脚点间的高程突变(局部不连续)一般不是由地形的陡然起伏所引起，更为可能的是较高点位于某些地物。 即使高程突变是由地形变化所引起的，就一个区域来讲，其表现形态也不会相同，陡坎只引起某个方向的高程突变，而房屋所引起的高程突变在四个方向都会形成阶跃边界。在同一区域，一定范围大小内地形表面激光脚点的高程和邻近地物

31、(房屋，树木等)激光脚点高程变化显著，在房屋边界处更为明显。局部高程不连续的外围轮廓就反映了房屋的形状。当激光扫描到枝叶繁茂的参天大树时，激光脚点间的高程也会出现局部不连续的情况，但其表现形态却与前者有显著差异。两临近点间的距离越近，两点高差越大，较高点位于地形表面的可能性就越小。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,滤波的基本原理另一类是对机载LiDAR数据中的回波强度信息基于传统的航空影像分类的原理进行处理：不同的地物有不同的地面介质，地面介质表面的反射系数是不同的，它们决定了激光回波能量的多少。激光回波能量决定了回波强度信息的大小，转换为灰度图像，就会表现

32、出不同的灰度值。这样，可以根据灰度值的不同，将地面点区分出来。具体地，将机载LiDAR数据的回波强度信息转换为灰度图像，然后分析其灰度分布状态，确定地面点的灰度范围，将灰度值在该范围内的像素判定为地面点，从而完成滤波。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,9)人工编辑： 人工交互编辑的目的是剔除自动滤波，自动分类没有滤掉的部分粗查和未分类正确的激光点，为了便于人工作业，工程化的海量数据处理需要界面更友好、处理效率更高的选定工具和算法。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,10

33、)接边检查： 为解决LIDAR处理的海量数据问题，在不改变计算机配置、网络设置的前提下，会把每个工程（包括很多架次）的点云数据切割成小区块，再逐一进行滤波分类算法和人工编辑工作。处理完成后会存在切割块之间的接边问题，类似光学影像中的镶嵌过程。为确保接边区域的地物完整和准确需要进行基于地物特征的算法和目视判读方法支持。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,机载激光雷达数据的处理流程,11)生成DEM/DSM：经过上述处理的LIDAR数据进行内插等运算，生成可以满足工程标准的DEM和DSM。12)多领域的应用：应用激光雷达系统可以直接得到地物、地表信息，转化成测绘基

34、础产品，应用到不同领域，如（真）正射影像纠正和三维城市建模。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,常用的数据处理软件和特点,目前，国内广西桂能信息公司、山西亚太航空、太原通用航空、国家海洋局、北京星天地公司和南京测绘勘察设计院有限公司、天津、中国测绘科学研究院等单位购买了LiDAR硬件，所用的处理软件均为国外购置，通常使用的软件为Bentley公司基于Microstation的Terrasolid模块组和LID-MAS。针对LiDAR数据处理，Leica公司也推出了自己的数据处理模块，他们分别是“Feature Analyst for ArcGIS”、“LiDA

35、R Analyst for ArcGIS”、“Feature Analyst for Erdas”、“LIDAR Analyst for Erdas”，但在国内使用不怎么广泛。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,Terrasolid系列由TerraScan、TerraModel、TerraPhoto、TerraSlave、TerraMatch、TerraSurvey等组成，来共同处理激光雷达点云数据和影像。用户可以根据不同的需要选择不同的模块，一般最常用的就是TerraScan和TerraModel。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室

36、 王丽英,TerraScan能装载和处理大量的LIDAR数据，它的主要功能是根据点的坐标、强度、同一激光的首末反射值等信息将大量激光扫描测量数据进行分类、滤波。它可以根据一定的分类标准程序对所有的点进行批处理。另外它还可以象AutoCAD那样很方便地利用鼠标编辑图形，从不同角度观察图形。但TerraScan软件仅有一个滤波器，采用的是基于坡度的滤波理念。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,TerraModel是用来生成和处理各种表面模型的，可用于计算体积、面积，生成等高线、轮廓线，洪水淹没计算。TerraPhoto用来处理原始数码影像。将飞机的飞行数据文件(包

37、括飞机位置、姿态、拍摄时间、影像排列等数据)、影像数据文件及地面数字模型文件输入系统，必要时还可以将外控数据输入系统，该软件将根据这些数据进行全自动空三平差、镶嵌，形成彩色正射影像图(DOM)。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,TerraSlave用于在一个较大的LIDAR项目中，局域网内不同计算机之间共同处理一个LIDAR项目。 TerraMatch用于解决IMU飞行姿态参数，确定飞行姿态。 TerraSurvey主要用于解决飞机的GPS数据和质量控制。 Terrasolid系列模块存在购置成本高、维护费高的缺点，同时几个模块之间的集成度和可操作性一般，而

38、且必须运行于Microstation平台之上。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,在数据处理中，Terrasolid手工操作比较多，属于半自动的数据处理，而且在操作中需要操作人员输入大量的参数，而这些参数主要是操作员针对工作区域地形特点根据已有的经验输入。这种做法的一个优点就是如果对类似地形区域积累过一定的生产实践经验，则会得到较好的处理结果，而且经验越丰富，效果越好，能够远远超越目前的一些自动化程度较高的LIDAR软件;缺点就是太依赖于操作人员的经验，当操作人员未处理过类似地形的时候，需要进行反复试验所需要输入的参数值，直到取得较好的处理效果为止，这也在客观上浪费了大量的人力物力，而且输入的参数太多，太复杂，需要的学习时间也比较长。,辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院 摄影测量与遥感教研室 王丽英,