关键词：LiDAR；DEM；方法
1LiDAR系统概述
1.1LiDAR系统的组成
如图1所示，机载LiDAR测量系统的主要组成部分包括:①动态差分GPS接收机:用于确定激光雷达信号发射参考点的空间位置；②惯性导航系统:用于测定扫描装置的主光轴姿态参数的姿态测量装置；③激光测距仪:用于测定激光雷达信号发射参考点到地面激光脚点间的距离；④成像装置:一般为CCD相机，用于记录地面实况，为后续的数据处理提供参考。
1.2工作原理
如图2所示机载激光雷达对地定位属于几何定位的原理。飞机上的GPS可以提供精确的位置信息，以确定激光发射点的空间坐标O（X0，Y0，Z0）；惯性导航系统测定飞机的空间姿态参数（ω，φ，κ）；激光测距仪可以记录激光脉冲从发射到目标反射接收的时间延迟，进而确定激光发射点到地面激光脚点的矢量R，三者结合即可确定地面点P（Xi，Yi，Zi）的坐标:
Xi=R*cosφ+X0Yi=R*cosω+Y0Zi=R*cosκ+Z0
2基于LiDAR的测高数据制作DEM方法
2.1 LiDAR点云滤波
（1）点云分块
为解决计算机能同时处理超海量LiDAR数据的问题，在数据处理时，要将原始点云数据分成若干小块。点云分块时，主要考虑以下2点进行合理分块:当数据量较大时，根据软硬件的处理能力，对点云进行分块；根据覆盖区域的地形特征进行点云分块，如城区、平原、山地等不同区域应尽量划分为不同的块。
（2）地面点分类
地面点分类具体方式如下:①选择激光打在地面上的少许局部低点,这些点之间的距离不能小于该区域最大的房屋长度（maxbuildingsize）,以防选中建筑物上的点。若指定其为默认的60m,则程序假定每个60m360m的区域内,都至少有一个地面点,且其中最低的点一定是地面点。②基于以上低点建立一个初步的三角网,程序认为该三角网位于地面的底层,且只有最高的顶点才接近于真正的地面。程序不断将位于该网上方的新的点加入三角网内构成新模型,这样迭代下去,新加入的点使得三角网越来越贴近地表面。Ground程序提供2个迭代参数供选择,迭代参数表征了待选点到三角网的接近程度,这个范围外的点将被排除在迭代选择点之外,如图3所示。
IterationAngle（IA）:IA是由待选点、其在三角网平面上的投影与顶点构成的最大角。IA排除了在此角以外的意外点出现的机会,可以有效防止高于该点的邻近点被纳入计算,如低矮植被及房屋等。推荐:平坦地区4°,多坡地区10°。IterationDistance（ID）:ID明确了点高于三角网平面的距离,此值不宜高于地表植物、建筑物和电线,尤其是低矮植物和花坛等高度很低的地貌地物将影响其取值。推荐:0.5～1.5m。
（3）人工精分类
手工精确分类是通过人机交互的方式，人工编辑滤波分类后被错误分类的点云数据。主要是通过晕渲显示、绘制剖面图、反演等高线等方法，对地面点模型上不连续、不光滑处进行检查并手动修改。在绘制剖面图检查时，要注意切面不宜太宽，应和地形走势大致相同，沿山脊、地形走向绘制。对不容易判断的区域，可叠加影像辅助判别，检查地面点分类的可靠性。还可以利用检查点进行高程精度检测，对误差较大的区域进行排查修改。另外，由于水面对激光的吸收作用会导致水域数据缺失，需要通过内插填补空洞。水域的范围可以利用已有DLG的水域边界，也可以参考影像信息绘制水域边界来确定。
2.2航线接边处理
将POS数据生成的航迹成果信息,加载到激光点文件中,给激光点指定航线号,根据激光点的位置及姿态,对重叠区域进行自动裁切及拼接。
2.3激光点编辑
将分类后的数据打开,单独察看ground层,如果发现地形有明显错误或分类效果没有达到标准,则需要将这部分数据重新进行分类计算。
2.4DEM输出
Ground点编辑完成之后,以规定的标准格式,输出DEM。
2.5利用编辑好的DEM数据生成DSM
（1）利用PCI公司开发的LIDAR数据处理模块LidarEngine软件,导入激光点云数据（*.las格式）。生成DSM为了直观检查DEM的错误。（2）使用LIDAR处理算法,生成激光数据DSM影像。检查DSM数据,地形高程异常或产生漏洞区域,需要重新修改原始LAS数据和DEM数据,再次生成新的DSM检查。
2.6成果精度
激光LIDAR获取的DEM高程精度应满足30cm,平面精度应小于1m。
2.7精度超限解决方案
当成果精度经过实际检测,不能满足项目要求时,需要对激光数据进行精度超限改正。有两种方法。（1）通过外业控制测量,对激光点进行纠正处理,使其精度提高。（2）在测区内,垂直航线方向补飞两条（一个架次内）,以垂直补飞数据与原有数据进行匹配（Match）,得出改正参数。
2.8成图输出
格式转换之后的数据按照1∶10000标准图廓进行分幅,作为成果提供使用。（见图4）
3结语
综上所述，LIDAR是主动式遥感信息获取系统,制作DEM数据与传统摄影测量系统相比,具有对天气和气候条件的依赖较少,不需要昂贵的测图设备,特别适合于森林、沙漠等无地面控制的困难地区等优势,已成为一种新的获取DEM数据的方法，能实现DEM快速制作、更新，满足测绘成果要求。
参考文献
[1]曹广强.瞿娜.浅谈利用激光点云数据制作DEM[J].测绘标准化2011.27（2）:44-46
[2]熊爱武.杨蒙蒙.机载LIDAR点云数据误差分析[J].测绘通报2014（3）:75-78.
论文作者:张颖,王睿,刘志超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/5
标签：数据论文; 激光论文; 面点论文; 精度论文; 区域论文; 方法论文; 地形论文; 《防护工程》2018年第3期论文;