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基于LIDAR技术的空三加密及DOM制作方法

作者:飞燕遥感 发布日期:2018-06-21 00:00 浏览量:347

  1、概述

  Lidar测量技术( Light Detection And Ranging), 目前是一种先进的空间测量术,它集激光扫描、全球定位系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身,能够快速、精确地获取地表信息,是目前继GPS技术之后的又一重大技术革命。与传统航测生产模式相比,Lidar测量技术具有生产周期短、成图精度高、费用低等优点。Lidar测量技术可以通过专用的软件处理获得的数据,使地面高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)大规模、快速生产得以实现。


  2、软件介绍

  Lidar数据的处理软件比较多,其中应用比较成熟的有TerraSolid系列软件,是由芬兰TerraSolid公司开发的一套商业化处理Lidar数据的软件,它是基于MicroStation平台开发、通过MDL程序调用各种处理模块。其中的主要模块有TerraScan,TerraPhoto,TerraModeler等。TerraScan专门处理点云数据,可以编译各种宏命令,手动或者自动分类数以万计的点云;TerraPhoto可以进行手动、半自动、全自动空三加密;全手工或半自动制作DOM等。


  3、数据处理流程

  利用飞行的机载Lidar设备、航空数码相机,采集海量的原始点云、航迹信息、数码航片等数据,通过影像调色、数据预处理、空三加密、拼接线修改、匀色、DOM生成等一系列处理,生产出符合相应精度标准的DOM成果。


  3.1空三加密

  空三加密是在TerraPhoto模块下完成的,其精度是保证生成DOM产品精度的关键,与传统的航测制作DOM相比,整个产品的制作完全不需要外业像控点,主要是通过添加连接点(tie points),对相机文件的三个参数(Heading、Roll、Pitch)进行调整来完成,它们对DOM产品的精度有重要的影响。


  首先进行手动加密,除每条航线的首尾航片必须加点控制外,中间的航片每隔几张需要加密点,并且保证每张相片上至少都有点控制范围。加密的点要尽量布设在航片的四个边角区域,均匀分布,使控制的范围最大化。加密过程中通过连接点(tie points)的迭代计算,反复对相机文件的三个参数(Heading、Roll、Pitch)进行调整,使其值稳定,不再变化。


  手动加密的精度高,可以大大减轻后续半自动加密和全自动加密的工作量,提高工作效率,最终提高成果的精度。手动加密完成后进行半自动、全自动空三加密。最后还要对基本定向点的指标进行分析和评价。


  全自动空三加密由于完全缺少人工干预,往往会出现不符合实际、误差较大的点,即所谓坏点。所以全自动加密结束后,要对每张航片的数据坏点进行剔除。剔除的原则是要求连接点(tie points)的平面位置中误差和最大误差符合空三加密精度要求。另外加密在水面上、房屋、桥梁上等不符合要求的点,也要剔除。


  由于加密工作区往往很大,整块加密效率低。因此要分割成各个区域,单独进行手动和半自动空三加密,完成后把各个区域的连接点(tie points)集成过来统一进行全自动加密。如果加密范围过大会导致系统计算时间长,对硬件要求也很高,因此可以选择对model_keypoint点云进行抽稀,再进行全自动加密计算,这样可以保证后期DOM制作的精度,兼顾了生产效率和产品质量。


  3.2 DOM制作及匀色

  下面进行DOM的制作。原始航片匀色处理工作对DOM产品质量影响非常大。首先要对原始航片进行匀色处理,使原始航片色调整体自然,符合实际,对于季节变化引起地物变化的航片应尽可能让衔接部分过度自然。然后通过修改拼接线、在拼接线附近添加color point匀色、生成标准图框等操作生成DOM。


  在TerraPhoto模块下,有两种修改拼接线的方法,一种是手动生产方法,就是纯手工修改拼接线、目视添加color point进行匀色处理;一种是自动修改拼接线、自动寻找color point匀色的方法。这两种方法有不同的适应范围,在居民区等比较密集复杂的区域比较适合纯手工修改拼接线,由于拼接线调整过大,会加大后面拼接线附近匀色及后期图幅接边的工作量,这种手工的生产方法费时费力、效率低下;在农田、耕地、池塘比较密集的郊区、农村、山区,建筑物密集区域少,可以充分利用软件自动添加color point匀色和自动修改拼接线的功能,采用半自动的DOM生产方案,往往可以提高生产效率。所以针对不同的地形,首先进行目视判断地物复杂密集程度,再选择采取最佳方案。


  无论采用哪种方法,要注意保证地物单位的完整性,不出现地物错位、地物明显丢失等错误,不要穿过建筑物,尽量沿着道路、水面、田埂等平坦地形修改拼接线。手动添加color point时,要适当添加在拼接线两边,地物变化、变形明显、影像色调不一致的地方,也要避免出现偏色、暗色、亮斑等噪点,使色调均匀,过度自然。

  然后就可以按标准图框生成输出成果。


  结语

  Lidar技术已经成为一种先进的测量技术方法,具有广阔的运用前景和发展潜力。它比普通航空摄影测量更具优势,具有精度高、效率高、产品丰富等特点,能极大地提高生产效率,缩短生产周期,提高作业精度,将会逐步取代传统的航空摄影测量技术,广泛地应用于测绘等各领域。


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