[发明专利]一种机载激光雷达扫描生成地形信息的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种机载激光雷达扫描生成地形信息的方法，属于利用机载激光雷达进行测绘、获取数字化地形信息的技术领域。

技术背景

地形信息在社会生产、区域规划、环境监测等方面具有重要作用。经济的快速发展使得人们对地形信息实时获取与更新的要求越来越高。机载激光雷达能快速地采集高密度、高精度的三维空间数据。与传统的摄影测量和野外测量方式相比，机载激光雷达不受外部光线影响、具有穿透性、对地面控制点的需求很少。这些优点使得机载激光雷达在地形信息获取领域得到了广泛的研究和应用。然而，现实环境中地形的多样性和地物的复杂性使得机载激光雷达数据的处理成为一个极具挑战性的任务。由于缺乏有效的处理方法，目前实际生产中数据分类和质量控制需要大量的人工交互，影响了生产效率的提高。

现有的从机载激光雷达数据中获取地形的方法通常是假设地面具有高程逐渐变化的特点，而??地物与附近的地面相比会出现高程突变。此外，某一尺寸范围内的地物的高程突变一般大于一个特定的阈值，且该阈值随着地物尺寸增大而更高。国内外研究者基于相应的假设条件提出了许多利用激光雷达获取地形信息的方法，如基于坡度检测判断的方法、使用数学形态学操作的方法、表面插值和不规则三角网加密的方法、基于扫描线和剖面的方法等。已有的方法通常在平坦区域表现较好，而在地形变化大的区域精度与稳健性方面还不能令人满意，要么地物没有完全滤除，要么为了滤除地物而把高程变化较大的地形特征也去掉了。

发明内容

本发明的目的是提供一种机载激光雷达扫描生成地形信息的方法，不论是在平坦区域，还是地形地物复杂区域，都能得到稳定可靠的结果，在充分滤除地物的同时还能尽量保持变化的地形特征。

本发明的目的通过包含以下步骤的技术方案来实现：

1）使用机载激光雷达系统对目标区域进行数据采集，得到原始点云数据；

2）使用空间格网索引对原始点云重新组织；

3）.获取点云中每个点的梯度信息，滤除极低粗差点；

4）检测位于移动窗口内的点云，找出可能的地物点；

5）判断步骤4）中得到的可能地物点是否为地物；

6）将地面点插值生成数字地形模型产品。

作为本发明的进一步改进，所述步骤3）获取点云的形态学内、外梯度，用以描述点云的高程变化特征。

本发明提出的方法，将形态学开操作与方向扫描约束相结合提取地形信息，能在尽量滤除地物的同时保留地形的变化特征，面对不同的复杂地理环境具有生产速度快，适应性强，自动化程度高的特点。能提高地形产品的生产效率和成果质量。

附图说明

图1是本发明一种机载激光雷达扫描生成地形信息的方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种机载激光雷达扫描生成地形信息的方法，如图1所示，具体步骤如下：

1）根据最终地形产品的要求，设定合适的参数（如扫描频率、飞行高度等），使用机载激光雷达系统对目标区域进行三维空间数据采集，得到原始点云数据。

2）使用空间格网索引对原始点云重新组织，既保持了原始点云的高精度，又方便快速的空间查询和搜索，正方形格网单元的边长依据点云的平均点间距而设定，一般设为稍大于平均点间距，以保证每个网格内不会包含太多的激光点，也不会出现很多的空网格。

3）获取点云中每个点的内、外梯度。内梯度（internal gradient）是原始高程减去腐蚀操作后的高程值。外梯度（external gradient）是膨胀操作后的高程减去原始高程值。极低粗差点一般具有较大的外梯度和很少的邻近点，具体可根据数据的密度、精度指标而设定，例如设定外梯度大于5米且邻近点数小于2个的点为极低粗差点，从而将极低粗差点从点云中滤除。

4）使用形态学开操作检测位于移动窗口内且满足一定高度的点云集合，通过逐渐增大所用窗口尺寸和原始点云与开操作后点云的高差阈值进行迭代运算，逐步检测不同尺寸范围的可能地物点。窗口尺寸(2w+1)×(2w+1)和高差阈值t可通过如下公式设定。

w =∣t×a／pointSpacing∣，t∈ [1, 2, …, n]

其中pointSpacing为点云的平均点间距，a是一个用以控制优先滤除更多地物还是尽量保留地形特征的系数。n用来设定迭代次数，以使窗口增大到大于最大的地物尺寸为止。