运用LiDAR点云快速精确生成带状水域DEM的方法.pdf

测量:./.运用 点云快速精确生成带状水域 的方法收稿日期:作者简介:陈建城()男高级工程师从事水利水电、测绘等相关工作及研究陈建城(宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司宁夏 银川)摘 要:传统制作水域 时参与了大量的人工后期处理致使 整体生产效率极其低下 通过分析基于机载 点云的空间数据结构给出了改进的带状水域点云修复方案它包括针对点云数据快速识别提取带状水域边界线、边界范围线内部点云清除、河流中心线提取及点云修复等处理方法从算法上实现了带状水域 点云的自适应修复方法 并借助 语言编制了点云修复程序在实测案例中获得了较好的验证效果满足了 质量检验对带状水域“高程一致性”与“自然光滑平整性”的基本要求关键词:点云边界提取中心线点云修复中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言数字高程模型()作为一种反映地表起伏形态的精细基础测绘成果它在城镇化建设、数字城市、军事等领域均扮演着极其重要的角色 我国山区面积相对辽阔有山之处必有江河然而水域 的生产在整个 的制作过程中是非常烦琐的它需满足质量检查中的两个基本要求:)水域与其周边地貌过渡的一致性高程异常不可过大)在水域 内部面状斑块水域应高程统一水面平整带状水域表面要自然平滑过渡 传统生产模式中水域部分是在最后 的基础上对水域进行 编辑与重置小面积的块状水域其高程为一固定值做单一水面置平处理即可制作相对简单而带状、长距离的河流则具有一定的高差要保证其从上游至下游水域表面自然平滑过渡是极其困难的需要参与大量的手工操作与细致化处理生产效率低下严重制约了 数字化成果生产的进度 本研究基于机载 点云原始数据通过分析点云数据相对空间位置结构着重探讨了水域边界线的程序自动识别、水域内部点云修复的处理方案最后通过对某.长的河流进行了测试在带状水域点云修复与 的生成中获得了较好的测试效果大大提高了带状水域 的制作效率 带状水域点云修复方案如上所述水域 部分的最终质量需满足如下两个基本要求:一是水域与其周边地貌过渡的一致性高程异常不可过大二是在水域 内部带状水域表面需做到自然平滑过渡 在长距离的河流区域其上游与下游高程差异非常明显要满足带状水域 表面自然平滑需内插、修复高程数据即在生成 之前对原始点云的带状河流区域内进行点云修复 当然若提高生产效率应通过算法、程序完成 该过程涉及两个独立处理环节:一是原始点云中快速完成对数据的搜索并识别水域提取水域边界线二是对水域边界范围内进行点云修复处理 其综合处理算法与流程如下所示.水域边界线的提取针对原始点云数据快速识别其中水域边线是后期进行点云修复的第一步因此如图 所示水域边界线的提取方案如下:图 1水域边界提取流程计算 TIN 三角形外接圆半径并附值标识码 unvisitied经预处理的点云数据点云备份、投影、构建 TIN提取合并区边界未标记三角形半径合并相邻三角形半径是否大于阈值否F1是否是舍弃)获取原始点云 数据对原始数据标记点云识别码并进行备份用于后期的数据替换把其中一份原始点云数据进行零高程面投影投影后构建不规则 三角网如图()所示)针对投影后构建的 三角网计算各三角形外接圆半径并赋值唯一标识码“”由于水体对机载激光信号具有较强的吸收作用因此机载 在水域中并无点云数据存在所以根据三角形外接圆半径的第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .大小不同以区分地表点与水域空洞即当 三角网外接圆半径大于初始阈值时则判为水域此时该三角网保留并重新进行编号编号示意如图()所示反之判定为普通地表、地物点同时更改三角网属性标记“”为“”)判断是否存在标识码“”若有则重复第)步若无则进行下一步)对上述步骤识别后的水域三角网进行合并处理设定合并后的多边形编号)记录水域多边形各个节点识别码根据此识别码提取备份数据中对应点云串联点云形成水域多边形边界线(如图()所示)同时提取各节点高程值 如为块状水域则对其内部进行点云内插内插值统一为边界节点最低高程值如图()所示图 2基于 TIN 模型的水域边界提取与点云修复方案J2J1J5J4J3111213141516 1718 19110111112113114115116（a）点云 TIN 模型（b）三角网编号放大图（c）水域边界提取（d）水域点云修复.带状水域点云修复在带状水域点云修复环节中主要分为两个处理步骤:一是对具有范围边界线的带状水域提取中心线二是依据流向中心线内插、修复高程点具体修复方法如下:)依据上述带状水域多边形边界线提取带状水域中心线 首先根据水域边界点云数据构建 三角网如图()所示)采用“中点法”计算其中心点坐标 如图()所示三角形 个顶点坐标分别为()()()计算、对比 条三角形边长确定最短边长 取其中点()由()及其对角点()解算中线 中点 以此类推遍历所有水域范围内 三角网计算各短边中线中点坐标()按一定顺序连接各中心点()形成带状水域中心线如图()所示)依据水域中心线进行分段内插高程点 根据图()各三角网短边对应中心点布设中线分段内插种子如图()所示点云修复时计算水域多边形边界点距各种子的距离以种子为中心形成聚类分区其效果如图()所示每种颜色区块代表一个聚类分区其高程决定于该分区边界高程最小值的点云数据取该最小值作为该分块区域的水面高程值)至 此 生 成 的 带 状 水 域 为 阶 梯 状 带 状若要做到水域内部自然平滑过渡则需对每相邻两块点云高程作“高斯加权平滑处理”即计算每个点云一定邻域范围内的高程值的反距离加权平均值作为该点的高程 方案测试为了测试本研究带状水域点云修复方法的效果我们对宁夏某河流进行了实地数据采集河流宽约 测试距离约.机载 点云采集的数学基准为:中央子午线 平面坐标为 坐标系高程采用 国家高程基准 数据采集航高 共飞行 架次采集点云 个 基于本研究带状水域点云修复算法借助 语言编制了水域边界线快速识别、边界范围线内部点云清除、河流中心线提取以及点云修复程序 效果如图 所示图()为边界线提取效果图中多边形红色为带状水域边界线图()为测试河流水面点云修复效果图()为测区 成果同时为了更为直观的检查河流水面的修复质量我们对其中心线做了剖面处理如图()所示直观的显示出河流中心上游至下游河流水面的高程变化趋势为线性递减很好地表现了水面自然平滑过渡的状态图()为测区点云修复后侧视图效果地形、修复点云等场景表现更为直观图 3带状水域中心线提取方法（a）TIN 三角网（b）顶点坐标（c）带状水域中心线ACL1BO3O2O1图 4带状水域点云分区修复方案（a）布设中线分段内插种子（b）聚类分区效果因此从本次测试案例中可以得知基于本研究带状 第 卷 第 期 年 月 陈建城:运用 点云快速精确生成带状水域 的方法水域点云快速修复方案大大提高了 的生产效率质量上亦满足了 相关质量检验规范要求获得了一次较好的应用效果图 5测试案例带状水域点云修复及 DEM 处理效果（a）原始点云数据（b）点云修复数据（c）DEM 成果1 021.01 020.01 019.00.01.02.03.04.04.66（d）水域中心线剖面图（e）带状水域点云修复（倾斜视角）高程/m水平距离/km 结语通过探讨机载 点云数据的空间数据结构引用、改进了带状水域点云快速识别与修复方法然而需要说明的是由于水面时而存在漂浮物在数据采集时扫到漂浮物后会形成激光点数据因此在对水域进行点云修复前需对水域多边形边界内的点云做删除处理同时前期在对点云构建 三角网前需将所有点云进行“零”高程面处理是避免高植被点与附近地面点形成较大三角网致使其外接圆半径大于设定阈值被误认为水域边界此外构建 三角网前不做点云分类处理若只用地面点则原有建筑物、构筑物、高密度植被等所有位置均为点云空洞同样会被程序误认为水域本研究通过实测案例对本研究方案进行了测试获得了较好的测试效果同时在该方案的使用中亦获取了如下两点认识:)在初始设定三角网外接圆半径时应根据实际点云密度而定阈值设定过大导致水域边界粗糙忽略拐点角度过大的水域三角网阈值设定过小可将地面 误认为水域要素致使程序识别精细度降低 因此应根据实际采集点云密度及其空间间距科学、合理地确定三角网外接圆半径阈值)为确保带状水域修复后的 表面满足“自然平滑过渡”这一质检要求则需提高前期水域中线种子布设密度否则会导致水域 表面形成不平滑台阶状地表江河众多其形状、特征各异若使本研究探讨方案能够应对所有带状水域则需后期对其进行大量的测试与验证以逐步改进、完善该带状水域 点云修复方案参考文献:王 杰孟高原.倾斜摄影测量在水利工程测绘中的应用.测绘通报():.何原荣陈平苏铮等.基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术的古建筑重建.遥感技术与应用():.王庆栋艾海滨张力.利用倾斜摄影和 技术快速实现城市建模.测绘科学():.蔡威孙训斌周杰.基于倾斜摄影测量的实景三维建模及精度分析.山西建筑():.姚方芳.基于倾斜影像的三维建模方法研究.泰安:山东科技大学.张祖勋吴军张剑清.建筑物场景三维重建中影像方位元素的获取方法.武汉大学学报(信息科学版)():.():.():.龚明杰.基于机载 点云数据构建复杂山区高精度 方法研究.测绘与空间地理信息():.于笑雨.基于机载 数据的 获取和精度影响因素分析:以沈阳摄区为例.城市勘测():.戴 腾王金龙周锋等.基于 数据的边界提取方法探讨.地理空间信息():.王 靖赵明伟杨灿灿等.基于 点云并顾及形态特征的城市道路 构建方法.地理与地理信息科学():.第 卷 第 期 年 月 山西建筑 :./.多源遥感影像在输电线路优化设计中的应用收稿日期:作者简介:姚 林()男硕士高级工程师注册测绘师从事电力工程测量、摄影测量与遥感工作姚 林 徐 春 白明启(中国能源建设集团云南省电力设计院有限公司云南 昆明)摘 要:针对输电线路优化设计地理信息资料匮乏的问题总结了多源遥感技术的发展现状与技术特点探讨多源遥感影像在输电线路不同设计阶段的应用方式 在工程应用中总结输电线路优化设计的技术流程选取高精度 数据和高分辨率 数据构建三维实景模型通过多路径比选和多专业论证在 系统中完成输电线路的优化设计工作实现了提高勘测设计质量、降低工程造价和保障工程安全施工运行的目的关键词:多源遥感影像输电线路优化设计 中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言输电线路优化设计是指在送电线路起止点之间选出一条全面符合国家政策和设计规范要求的最优线路路径取得经济效益和社会效益最佳的设计方案 优化设计方案的合理性对输电线路的技术经济指标和施工运行条件起着重要作用 通过线路路径优化设计可以有效缩短路径长度降低跨房拆迁与林木砍伐工作量合理避让房屋、厂矿与不良地质带最终达到缩短工期、节约工程投资、降低民事协调难度、提高输电线路设计质量的目的输电线路的优化设计依托于清晰、准确和现势性好的基础地理信息数据 近年来国民经济发展迅速国家基础建设日新月异现有的基础地理信息数据往往不能准确反映现实的地形、地貌信息基础资料的可靠性、时效性严重影响着输电线路优化设计的质量和可行性 随着信息技术的发展各种新型传感器提供了全天候的多平台、多传感器、多时相、多光谱的对地观测数据遥感影像已经到了快速发展和广泛应用的阶段 面对数量巨大、覆盖范围广阔的遥感影像数据如何从中提取观测数据的有效信息并在输电线路工程各个设计阶段中妥善应用成为遥感影像应用研究的热点 遥感技术的发展与特点随着航天技术的发展和遥感观测系统性能的改进遥感技术发展异常迅速表现为遥感影像的分辨率不断提高和影像价格逐渐降低 近年来美国和法国相继发射了多颗具备优秀机动性能和几何定位精度的商业卫星其影像地面分辨率达到.能够识别细微地物可以满足大部分地区 地形图测绘的要求 我国遥感卫星技术的发展也极为迅速分辨率优于 的高分二号卫星发射成功标志着我国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”高分七号卫星除具备亚米级影像分辨率外还具有立体成像和激光测高数据获取能力在高精度立体测绘等领域具有独特的应用优势吉林一号商用卫星可以提供.分辨率的同轨立体影像和.分辨率的视频影像采用一箭多星发射百星飞天组网这些都标志着我国航天遥感技术达到 (.):.“”“”.:第 卷 第 期 年 月 山西建筑 .