CHT 8023-2011 机载激光雷达数据处理技术规范

A77机载激光雷达数据处理技术规范国家测绘地理信息局发布I Ⅱ 1范围 2规范性引用文件 13术语和定义 25技术准备 46点云滤波分类 57数字高程模型制作及质量控制 78数字正射影像图制作及质量控制 89矢量要素采集及质量控制 910相关文件制作 911检查验收 912成果整理与上交 9Ⅱ本标准起草规则依据GB/T1.1-2009。本标准由国家测绘地理信息局提出并归口。本标准起草单位：陕西测绘地理信息局、长安大学、武汉大学、北京东方道迩信息技术股份有限公司、南京市测绘勘察研究院有限公司、中国公路工程咨询集团有限公司。本标准主要起草人：肖平、谢露蓉、邓国庆、隋立春、马洪超、张生德、储征伟、许振辉。Ⅲ机载激光雷达点云是通过对机载激光发射器接收的信号进行处理所获得的表达地表三维形态的、离散的、密度不均匀的数据点集，能够以较高的精度反映地表的真实状况，如地面高低起伏，地表物体反射由于点云本身不具有它所表达的物体的属性信息，因此，要获取所表达物体的属性，则须对点云进行分类处理，按照不同地表物体的反射特性、形状特征等，将表达不同类地物的点云进行区分。同时，通过分类，确定表达地面真实形态的地面点云，并可由地面点生成高精度数字高程模型(DEM)。本标准在对机载激光雷达点云进行多种分类试验的基础上，对点云分类和基于点云制作DEM的技术进行了规范。一方面使点云的处理规范化；另一方面，提出了基于高精度点云制作高精度DEM的技术要求。在此基础上，对基于点云制作数字正射影像图(DOM)和部分矢量数据的技术要求进行了规范。本标准中的数据处理是对满足CH/T8024—2011要求的数据进行的数据处理。1机载激光雷达数据处理技术规范本标准规定了利用机载激光雷达获取的数据生产基础地理信息数字成果的数据处理技术要求。本标准适用于基础测绘中机载激光雷达数据处理的生产作业及成果整理。其他性质的测绘工程可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T13923基础地理信息要素分类与代码GB/T13989国家基本比例尺地形图分幅和编号GB/T18316数字测绘成果质量检查与验收CH/T1001测绘技术总结编写规定CH/T1004测绘技术设计规定CH/T1007基础地理信息数字产品元数据CH/T8024—2011机载激光雷达数据获取技术规范CH/T9008.2基础地理信息数字成果1:5001:10001:2000数字高程模型CH/T9009.2基础地理信息数字成果1:50001:100001:250001:500001:100000数字高程模型CH/T9009.3基础地理信息数字成果1:50001:100001:250001:500001:100000数字正射影像图3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。激光雷达LIDAR发射激光束并接收回波获取目标三维信息的系统。[GB/T14950—2009,数据获取4.150]机载激光雷达airborneLIDAR在航空平台上，集成激光雷达、定位定姿系统(POS)、数码相机和控制系统所构成的综合系统。以离散、不规则方式分布在三维空间中的点的集合。2激光雷达点云LIDARpointcloud通过激光雷达扫描获得的点云。单位面积上点的平均数量。投射到物体上被反射的辐射能与投射到物体上的总辐射能的比率。点云中反应真实地表面形态的点。点云中除地面点之外的点。4总则坐标系统应采用2000国家大地坐标系或依法批准的独立坐标系。高程基准应采用1985国家高程基准。当采用独立高程系统时，应与1985国家高程基准进行联测。地图投影宜采用高斯一克吕格投影；当数据获取区域为沿海或海岛(礁)区域时，可采用与之相适应的横轴墨卡托投影。按3°分带计算平面直角坐标。当对控制网有特殊要求时，可以采用任意经度作为中央子午线的独立坐标系统，投影面亦可采用当地平均高程面。4.2成果规格4.2.1格网间距及地面分辨率数字高程模型格网间距采用0.5m、1.0m、2.0m、2.5m、5.0m等多种规格，其纵向与横向间距保持一致。数字正射影像图地面分辨率采用0.05m、0.1m、0.2m、0.5m、1.0m等多种规格，其纵向与横向间距保持一致。具体要求见表1。表1格网间距及地面分辨率34.2.2图幅分幅及编号1:500、1:1000、1:2000成果分幅和编号按照GB/T20257.1执行。1:5000、1:10000成果分幅和编号按照GB/T13989执行。带状测区或小面积测区，可按测区统一顺序编号，具体要求由技术设计书明确。4.2.3数据覆盖范围数字高程模型应符合CH/T9008.2数字正射影像图应符合CH/T9008.39009.2的规定。9009.3的规定。4.3精度指标数字高程模型相对于野外控制点的高程中误差，数字正射影像图相对于野外控制点的平面中误差应符合表2的规定。矢量要素的精度根据成图比例尺要求，应符合CH/T9008.1、CH/T1011等相关标准的规定。表2精度要求比例尺地形类别山地山地山地山地山地在植被覆盖密集区域、反射率较低区域(如水域、光滑表面等易形成镜面反射的区域)等特殊困难地4区，高程、平面中误差可放宽0.5倍。数字高程模型的高程值定位于格网的交叉点上。格网内插点的高程中误差按表2中高程中误差的1.2倍计。最大允许误差为表2中误差的2倍。4.4接边要求数字高程模型、数字正射影像图在数据生产过程中应进行接边处理。同期生产的数字高程模型接边后，同名格网点的高程值应保持一致；与已有成果接边时，地形未变化处接边后，同名格网点的高程值应保持一致。数字正射影像接边后，同名影像平面较差应不大于表2中平面中误差值，且接边处不应存在明显错位、模糊、变形；同期生产的数字正射影像图应保持整体色调的一致性。4.5对点云数据的要求点云数据应符合CH/T8024—2011的规定。5技术准备5.1技术设计根据项目要求，结合点云数据的具体情况，对数据生产的工艺流程和技术指标进行详细的设计。依据软、硬件功能情况，对过程参数进行详细规划。同时，应明确制作过程中的质量控制措施，确保成果达到要求。技术设计应符合CH/T1004的规定。5.2数据准备数据准备应包括以下数据内容：a)点云数据；b)航迹文件(GPS时间、位置信息(X,Y,Z)与姿态信息(H,R,P)相对应的列表文件)等参考文件；c)地面检查点，即用于精度检测的野外实测数据；d)成果坐标系统与点云坐标系统之间的转换参数；e)其他有关数据，如与数据处理、成果检验相关的数据。5.3坐标系统转换5.3.1直接获取转换参数转换利用转换参数，将点云数据转换至成果坐标系统。坐标转换的中误差应不大于图上0.1mm(以成图比例尺计算)。当成果采用2000国家大地坐标系统时，应根据原始点云所在的ITRF框架与ITRF97框架之间的转换关系，将原始点云数据转换到ITRF97框架2000.0历元上。5.3.2利用控制点解算转换对于无法获取已知转换参数的区域，布设、施测3个以上控制点，获取控制点在两个坐标系统中的坐标值，解算两个坐标系统之间的转换参数。坐标转换的中误差应不大于图上0.1mm(以成图比例尺计算)。55.4高程系统转换收集该区域的精化似大地水准面成果，对点云数据进行高程拟合转换，将点云高程系统转换至成果高程系统。对于区域似大地水准面成果不能满足数字高程模型高程精度要求的，应在测区施测GPS水准点，进行拟合转换，或进行局部似大地水准面精化后实现转换。高程系统转换中误差应不大于表2中高程中误差值的1/2。5.5数据分块根据实际需要对点云数据进行分块。每一个数据块为软件处理的一个单元，一般按矩形切块。数据块的大小根据数据处理的软、硬件性能综合考虑。5.6点类定义点类定义见表3。表3点类定义1地面点反映地面真实起伏，落于裸地表面的点，包括落在道映地表形态的地物之上的点2非地面点没有落到裸地表面的点，主要指落在各种高于筑物、植被、管线上的点3专题点根据应用需求区分的具有同一类地物表达的点水体：河流、沟渠、湖泊、池塘、水库等范围；水利设施：拦水坝、堤坝、堤、水闸等；居民地：房屋、地面上窑洞、蒙古包；设施：工矿设施，公共设施，名胜古迹、宗教设施、观测站等；道路：铁路，各级公路；桥梁：车行桥、立交桥、过街天桥、人行桥、廊桥、索道等；管线管线：架空的电力线、通信线、管道等；临时的挖掘场、物资存放场等6点云滤波分类6.1分类基本流程分类的基本流程见图1。制作数字高程模型应将点云中的地面点与非地面点分离。6图1点云分类流程图6.2噪声点滤除将明显低于地面的点或点群(低点)和明显高于地表目标的点或点群(空中点),以及移动地物点定义为噪声点。在进行地面点分类之前，应首先将这类点分离出来。6.3点云自动分类6.3.1分类算法利用基于反射强度、回波次数、地物形状等的算法或算法组合，对点云数据进行自动分类。6.3.2提取地面点云裸露地表处有且只有一次回波，此次回波对应的反射点即为地面点。植被覆盖区域可能对应多次回波，正常的地面点是最后一次回波对应的反射点。相对于地物点，地面点的高程是最低的。从较低的激光点中提取初始地表面；基于初始地表面，设置地面坡度阈值进行迭代运算，直至找到合理的地面。6.3.3非地面点分类根据点的高度及点云分布的形状、密度、坡度等特征，对非地面点云进行分类。对于形状规则，空间特征明显的地物，可通过参数设置，利用软件自动提取，如建筑物、电力塔等。6.4人工编辑分类结果人工编辑分类结果主要包括：a)对高程突变的区域，调整参数或算法，重新进行小面积的自动分类；b)采用人工编辑的方式，对分类错误的点重新进行分类。6.5质量控制6.5.1检查方法对分类结果进行检查。通过将点云分类显示、按高程显示等方法，目视检查分类后点云；对有疑问处7用断面图进行查询、分析。地面点检查一般采用建立地面模型的方法进行检查。对模型上不连续、不光滑处，绘制断面图进行查看。若有对应影像，可用来辅助检查分类的可靠性。6.5.2检查内容检查的主要内容包括：a)点云分类是否正确；b)地面点云表面模型是否连续、光滑；c)地面点的剖面图形态是否合理；d)分类结果与地形图、影像套合，所分点类与影像范围是否一致。7数字高程模型制作及质量控制7.1地面点数据处理要求7.1.1数据空白区处理数据空白区处理主要有以下两种情况：a)对于河流、湖泊等面积较大的无数据水体区域，采集水涯线作为特征线参与高程模型的生成。当点云数据中无法获取水涯线高程时，应实地补测高程信息。b)对于滤除非地面点后出现的零散、小面积无数据区域，制作数字高程模型时，根据数据实际情况设置较大的构网距离，保证插值结果反映完整地形，不得出现插值漏洞。对不满足要求的区域(如山体、陡坎或地物遮蔽严重等特殊地形处，由于地面数据缺失，插值后损失地形细节，影响数字高程模型精度)进行外业实测、补测高程信息。对于具备同期数码影像的，可基于立体像对补测特征点、特征线等高程信息，保证地形细节完整。7.1.3特殊地物数据处理要求制作数字高程模型时，应注意对以下特殊地物数据的处理：a)立交桥、高架路、桥梁等架空于地面或水面之上的人工地物范围，一般只保留地面或水面上的点云数据；b)路堤、土堤、拦水坝、水闸等底部与地面相接的构筑物，保留其点云数据。7.2数字高程模型制作7.2.1数字高程模型生成点云中所有地面点均作为特征点进行数字高程模型构建。根据实际情况，可选择带有高程信息的精确匹配的道路特征线、河流边线、面状水域(湖泊、水库、池塘等)范围线等参与数字高程模型生成。7.2.2图幅裁切按照成图比例尺，对生成的数字高程模型按CH/T9008.2或CH/T9009.2的规定裁切生成图幅数字高程模型。图幅数字高程模型跨航带或跨分块时，应通过拼接确保数据完整，接边处地形过渡自然。87.3质量控制7.3.1检查方法通过三维透视及晕渲，检查数字高程模型的可靠性。对模型不连续、不光滑处应重新核实地面点分类的可靠性。使用实地施测的地面检查点，在数字高程模型中内插获取相应平面位置的高程，计算并统计检查点与内插点间的高程误差。7.3.2检查内容检查的主要内容包括：a)数字高程模型覆盖范围及格网尺寸的正确性；b)地面点云数据使用的准确性；c)特征线位置的合理性及高程的正确性；d)河流边线的高程值应从上游到下游逐渐降低，湖泊、水库、池塘等面状水域边线的高程值应一致；e)数字高程模型高程精度是否达到规定要求；f)接边精度是否符合要求。8数字正射影像图制作及质量控制8.1数字正射影像图制作8.1.1数据准备数字正射影像图制作时准备如下数据：a)数码航摄影像数据，应影像清晰，反差适中，色调正常；b)影像索引文件(GPS采样时间与影像名称的对应列表文件)、相机航迹文件等参考文件；c)影像内、外方位元素，相机镜头畸变等参数；d)用于精度检测的检查点。8.1.2成果生成数字正射影像图生成主要步骤为：a)基于校正后的影像内、外方位元素和数字高程模型，对原始影像进行自动微分纠正，生成单片数字正射影像；b)对单片数字正射影像做匀光、匀色处理，保证区域整体影像色彩的平衡；c)对单片数字正射影像进行拼接，避免拼接线出现在房屋、立交桥、陡坎等地形有高差的区域；d)按照分幅要求对拼接后的数字正射影像进行裁切，生成分幅数字正射影像图。8.2质量控制数字正射影像图主要质量控制内容包括：a)各参数文件的使用是否正确；b)影像地面分辨率、数据范围是否正确；9c)影像是否清晰，色调是否均匀，是否存在模糊或重叠；d)数字正射影像图平面精度