[发明专利]一种适用于机载LiDAR点云的地形自适应插值滤波方法

权利要求书

1.一种适用于机载LiDAR点云的地形自适应插值滤波方法，其特征在于，

包括如下步骤：

I.利用高程直方图自动去除原始点云中的低异常点；

所述步骤I具体为：

I.1.将原始点云的高程值分段，即将整个高程值的范围从左到右均匀分成m个间隔C_i，i＝1,2,…,m，每个间隔的高程跨度L＝(H_max-H_min)/m；

其中，H_max表示原始点云的高程最大值，H_min表示原始点云的高程最小值；

I.2.计算每个间隔C_i中包含的点数；

I.3.如果第一个间隔C₁中点数超过设定阈值n，则原始点云中认定没有低异常点；否则，从间隔C₁到间隔C_k中选择点数小于n的最右间隔，并将该最右间隔记为C_r；

I.4.计算最右间隔C_r中包含的点中高程最大值MAX，并将该高程该最大值MAX作为区分原始点云中正常点和低异常点的阈值；

将高程值大于MAX的点自动分类为正常点，否则自动分类为低异常点；

II.选取地面种子点，具体过程如下：

首先将原始点云的研究区域覆盖网格，并选择每个网格中的最低点作为候选点；记录每个候选点的三维坐标，而且候选点按照栅格方式存储；

然后以栅格为操作对象，分别逐行和逐列选择初始地面种子点；

最后将行方式和列方式都选中的点标记为地面种子点；

其中，从栅格的任意一行或列栅格数据中选择初始地面种子点的步骤为：

II.1.初始地面种子点选择；

利用一维移动窗口选择初始地面种子点；其中，选中的网格点含有高程值，未选中的网格点标记为NaN；一维移动窗口的尺寸取值为最大建筑物的短边长，设为S；

II.2.样条插值；

借助一维离散光滑样条法对初始地面种子点插值，估计其它未选中网格点的值；

II.3.网格点高程差计算；

首先利用原始网格点高程减去插值后网格点高程，得到网格点高程差；然后将网格点高程差小于设定阈值e_th的点标记为地面点；

II.4.地面种子点更新；

利用步骤II.3中选中的地面点更新地面种子点；

II.5.重复上述步骤II.2-步骤II.4，直至该行或列栅格数据没有地面点被选中；

III.利用稳健曲面拟合方法对步骤II中选取的地面种子点进行核查，将非地面点剔除；

所述步骤III中，利用稳健曲面拟合方法对地面种子点进行核查的具体过程如下：

对于步骤II选取的地面种子点中任一点R，利用kd树选中点R周围的k个邻近点，并对这些邻近点进行平面拟合，然后计算点R到该拟合平面的距离；

如果该距离大于设定阈值r_th，则该点R为非地面点，应从地面种子点中剔除；

IV.对地面点进行渐进选择；

经过以上步骤I-步骤III中的低异常点剔除、地面种子点选择以及核查后，原始点云被分为三部分，即非地面点集NonGP、地面点集GP以及候选点集CP；

其中，非地面点集NonGP中仅包括低异常点，地面点集GP中包括地面种子点，候选点集CP中既包括地面点也包括非地面点；

下面从候选点集CP中选择地面点，候选点集CP中剩余的点即为非地面点集NonGP；

以薄板样条TPS作为插值函数，对地面点渐进选择的具体步骤为：

IV.1.对于候选点集中任一待分类点P，利用kd树从地面点集GP选择点P的k个邻近点；

IV.2.以步骤IV.1中k个邻近点为已知点，利用TPS插值求算点P高程值；

IV.3.对点P的观测值和估算值做差，求算点P的插值误差e；

IV.4.如果插值误差e小于阈值t，则点P标记为地面点；

阈值t的计算公式为：t＝t₀+c*slope；

其中，t₀为初始误差阈值，c为坡度系数，slope为点P处地形坡度值；

利用薄板样条TPS基本方程求算slope的值，计算公式为：其中：

式中，f_x表示点P处函数值在x方向偏导数，f_y表示点P处函数值在y方向偏导数；

α_j表示第j个基函数系数；

(x,y)表示点P的平面坐标，(x_j,y_j)表示点P的第j个邻近地面种子点平面坐标；

r_j表示点P与第j个邻近地面种子点的欧式距离，ε为大于0的常数；

IV.5.重复上述步骤IV.1-步骤IV.4，直至候选点集CP中所有待分类点分类完毕；

IV.6.将选中的地面点从候选点集CP中删除，利用选中的地面点更新地面点集GP；

IV.7.重复上述步骤IV.1-步骤IV.6，直至候选点集CP中没有地面点被选中，则候选点集CP中剩余的点标记为非地面点集NonGP。