基于LIDAR点云自动生成等高线的滤波方法

雷刚，夏波，吴军，谢勇

（四川省交通勘察设计研究院有限公司）

1 引言

近几年，激光雷达摄影测量在大范围地形图测量中得到应用与发展。虽然繁重的外业测量工作强度减轻，但是地形图绘制的内业工作量却很繁重。等高线是地形图的重要组成部分，基于雷达点云自动生成的等高线却有不少波浪，如何快速滤除这些波浪，减少繁琐的内业工作量，提高工作效率尤为重要。前人对等高线修改进行了大量研究，结合分段三次多项式与Akima法对等高线进行平滑处理[1]，提出了曲线逐点抽稀筛选法。本文在前人的研究基础上，针对上述问题，提出“步长滤波法”，并利用VBA语言编程解决此问题[2]。

2 基于雷达点云自动生成的等高线存在的问题

基于LIDAR点云利用Global Mapper地图绘制软件自动生成等高线是非常快速的，但自动生成的等高线上有许多波浪，不符合地形图矢量化的要求（见图1），我们需要将这些波浪滤除掉，才能使我们的等高线平滑美观（见图2）。

图1 自动生成的原始等高线图

图2 平滑的等高线

3 步长滤波算法

3.1 算法思路

一条等高线由许多节点连线组成，每相邻两节点之间的距离有的长有的短，而等高线上的波浪所在位置的节点较密，相邻节点间的距离较短，只要选择合适的步长，就能将这些波浪滤除。

3.2 程序设计流程

程序设计流程如图3所示。

图3 程序设计流程

3.3 具体编程源代码

4 案例分析

4.1 案例介绍

本案例来源于某条高速公路项目1：2000地形图绘制中等高线修改任务。本项目部分等高线节选展示，图4为滤波前山地丘陵地形，图5为平缓地形滤波前等高线。

图4 山地丘陵地形滤波前

图5 平缓地形滤波前

4.2 滤波效果分析

经过反复试验确定，山地丘陵以步长7m、平缓地形以步长10m进行滤波处理，效果最佳。最佳滤波效果分别见图6-7。

图6 山地丘陵地形等高线滤波后效果

图7 平缓地形等高线滤波后效果

5 结语

①等高线步长滤波法关键在于针对不同的地形选取不同的步长参数进行滤波，山地丘陵地区选择较小的步长参数，平缓地区选择较大的步长参数，就可有效滤除波浪。

②效率方面。本案例39.6km2，6064根等高线，若采用人工手动修改需耗时7d～10d工作日，本案例自动滤波耗时1min23s，手动重复滤波耗时23min38s，相比纯人工修改等高线效率提高134倍至192倍。