基于LIDAR点云数据进行基础测绘精细DEM制作

史长斌，曹爱民

基于LIDAR点云数据进行基础测绘精细DEM制作

史长斌，曹爱民

（宁夏国土测绘院，宁夏银川750002）

随着机载激光LIDAR数据获取及处理技术的快速发展，点云数据精度迅速提升，对提高地形图精度意义重大。文中通过使用LiDAR_Suite点云数据处理软件，完成从庞大数据量的原始点云数据到基础地理信息测绘产品生产（含DEM、DOM、等高线、DLG）的全部流程，根据项目具体情况对参数进行合理设置，制作生成符合规范技术要求、精度高、质量佳的测绘产品地形图。

基础测绘；机载LIDAR；点云数据；DEM

1 概况

基础地理信息作为国家建设规划中的一项重要资料，其精度、现势性要求也越来越高，原有的更新主要通过大比例尺图形进行缩编更新，利用航测法进行传统的更新，利用遥感影像进行更新，已不适应当前信息发展的需要。通过航摄获取点云数据及同步高分辨率的航摄影像数据进行测绘生产，基础测绘由原来的外-内作业模式逐步转化为内-外-内作业模式，极大地减少了外业调绘工作，也为地形地貌成图精度达到了一个新的高度，不但提高产品精度和精细程度，同时满足了国民经济建设的需要。

2 利用LiDAR点云数据进行基础测绘生产技术路线

宁夏国土测绘院开展吴忠测区100幅1∶10 000基础测绘更新生产项目，于2016年6月至7月使用IMU/GNSS辅助航空摄影技术航摄，LiDAR数据获取采用AX80航摄仪，影像获取采用飞思IQ180，机载LiDAR数据和影像数据同步，航摄影像采用非压缩Tiff格式，点云数据采用Las格式，POS数据采用TXT格式。影像地面分辨率为0.239 m，影像航向重叠范围为56%～83%，旁向重叠35%～55%。LIDAR点间距为0.993 m，LiDAR旁向重叠范围为30%～50%。确定从数字表面模型（DSM）、数字高程模型（DEM）、DOM数据、数字线划图（DLG）数据生产的数路线，结合项目基础测绘项目生产对LiDAR点云数据进行精细DEM生产技术进行探讨。

3 LiDAR点云数据分析及处理

3.1 点云数据的精度检校

在获取点云数据后，需要对摄区内进行精度验证和检校场检校。精度验证区的选择需满足以下条件：距离CORS基站和检校场较远、精度相对较弱且外业控制实施容易的区域，不同精度验证区应选在不同地形条件、不同航线且相距较远的区域。选择精度验证区面积大约18 km2，每个摄区最少选择3个验证区，每个验证区选取不少于20个检测点，以保证精度满足成图要求，并出具精度检测报告。验证的内容为空间参考系以及位置精度，采用TerraSolid软件对样本数据与检查点进行精度比对，并统计精度值。

3.2 点云数据预处理

利用LiDAR_Suite对海量机载LiDAR点云数据多种方式的工程分块组织和管理，对点云数据进行航带拼接、分块处理，利用软件宏处理功能，将滤波分类等功能模块成功加载到主程序框架上，按一定的顺序执行相关功能，把它们封装到一个宏上面。对点云数据进行批处理，按照后续数据生产单元进行数据提供。

3.3 点云数据自动滤波处理

对分块后的生产单元点云数据进行分类，采用低点滤除、空中点滤除、Tin加密滤波等预处理操作自动提取地面点。通过滤波处理的点云数据只能处理部分参数限制外的点数据，如果要获得精细的地面点，还需要人工编辑。

3.4 点云数据人工编辑处理

1）在自动分类的基础上，通过人机交互编辑，获取精细的地面点。在人机交互编辑地面点云时，为了方便观察点云信息，只显示地面点数据，同时对其进行渲染操作；在对某一具体地物无法判别时，可以显示未分类点或剖面显示来辅助判别地物。针对不同地物或地形，运用不同编辑工具对点云进行修正。

2）对于复杂的建筑物地基，使用矢量加点方法修正；对高于或低于地表的少量点进行局部编辑滤波；对与地面平齐的桥梁或小路漏损、山坡上由于地形及树木形成的多毛刺现象，使用局部编辑（平面、曲面或Tin）滤波算法修正。

3）水体对激光的吸收作用，清澈水系（如江流、湖泊）没有回波信息，缺少点云导致水面的不平整现象，采用矢量加点方式修正；江流、湖泊等由于水中船只、漂浮物导致的水面高低不平现象，使用矢量约束方式修正DEM。

3.5 以水域处理为例阐述精细DEM点云漏洞补测

静止水域点云高程相差不超过DEM中误差时，可不进行置平处理。高程差大于DEM高程中误差时，需要进行水域高程置平处理。面积大于4 m×4 m静止水面，如池塘、湖泊、水库应进行置平处理；宽度大于4 m河流水涯线上的高程值应从上游到下游逐渐降低，水涯线同一平面位置水涯线高程值相同；沟渠宽度4 m以内的可不作水域点的精细分类；宽度大于4 m及面状水域在制作DEM时均需置平。水面置平时先画水涯线，把水涯线内的点云分到DSM层，并对水涯线赋予实际高程，将具有高程信息的水涯线转为对象，并按一定距离进行内插转为特征点，加载特征点到点云数据，重构DEM实现置平。

3.6 精细DEM成果制作生成

利用LiDAR_Suite的DEM生产模块，对经过精细编辑处理的离散点云数据，按照生产技术要求的格网尺寸，进行内插计算输出高精度的DEM成果。

1）简单DEM生成

利用制作好的点云数据，选择地面点，格网间距采用1 m，三角网型最小角度采用10。度，边长最大值为100 m，边缘填充使用3个像素，这样生成出来的等高线是纯数学拟合内插的方法，基本不顾及平面坐标和高程之间的潜在关系（如道路垂直坡向的高程相等，静止水面高程相等且低于周围点高程）。使等高线产生失真现象，不能真正反映地形特征。

2）顾及语义信息的DEM生成

将语义信息纳入点云格网化生成的高程格网具有更高的语义一致性，更适合用于三维可视化和真正摄影像的生成。通过绘制矢量约束的边界运用自定义的内插方式，进行高程值约束，在选取的点云类别中只选取地面点的点云数据，进行DEM生成。这样能得到高精度的模型。

3）顾及接边问题的DEM生成

点云数据处理通常在分块后进行，在此基础生成DEM时，为了保证DEM的准确性需要考虑DEM各分块数据间的接边问题，视空洞大小对点云边界外扩处理后再进行DEM生成图。

4 结语

快速发展的机载LiDAR测量技术为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了全新的技术手段，逐渐替代传统的航空摄影测量，所获取的测量三维数据更精确，进而获取地表物体的垂直结构形态，同时结合地物影像，能更好地增强对地物的判别能力。机载LiDAR所获取的点云数据量非常庞大，在测绘、城市建、地质灾害监测等领域发挥重要作用，利用点云数据能更好地反映地形地貌的真实形态，极大地提高了测绘产品生产工作效率和产品质量，LiDAR技术及方法研究推广意义重大。

［1］潘奕.LIDAR数据用于1∶10000 DLG更新生产分析［J］.测绘与空间地理分析，2015（7）：（38）

［2］朱蕾蕾，利用LiDAR点云快速进行等高线制作［J］.信息技术，2015（20）.

［3］冯梅，钟斌.基于LiDAR点云自动生成等高线的方法研究［J］.测绘与空间地理分析，2012（6）.

［4］张齐勇，岑敏仪，杭芬，付仁俊.基于LiDAR点云数据索引的DEM快速提取［J］.测绘科学，2010（3）.

［5］张小红.机载激光雷达测量技术理论与方法［M］.武汉：武汉大学出版社，2007.

［6］隋立春，张宝印.LiDAR遥感基本原理及其发展［J］.测绘科学技术学报，2006.

［7］郑金水.LiDAR技术及其应用［J］.科技信息，2007（6）.

TN919 < class="emphasis_bold"> ［文献标识码］B

B

1002—0624（2017）12—0059—02

2017-05-31