一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法及装置制造方法及图纸

一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法及装置，属于图像信息处理领域，采用三角网插值的策略，省略了插值范围参数，可以生产无空洞缺值的DSM/DEM地形产品；同时支持栅格和点云数据，克服多源数据的输入，并行处理每条等高线，并采用三次贝塞尔曲线对等高线进行平滑拟合，高效自动生产合理光滑的等高线产品；在点云数据处理时以渐进三角网滤波算法为基础，对地形粗分类，建立多级细化格网，适应复杂地形混合存在的场景；在初次虑结果基础上，采用点间隔及地形生长角为阈值对地形进行二次恢复，弥补山脊、陡坎地形缺失点的情况；算法对场景规则分块，采用并行处理策略，极大的提高了滤波的效率。了滤波的效率。了滤波的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法及装置


[0001]本专利技术属于图像信息处理领域，尤其涉及一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法及装置。

技术介绍

[0002]机载激光雷达(Light Detection and Ranging
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LiDAR)是一种主动对地观测的新型技术，它克服了传统逐点测量的方式，不受天气和光照的影响，能够短时间快速、低成本的获取大范围地表场景的三维地理信息，在此基础上生产的地形产品在水文、气象、森林普查、电力巡检、地质、军事和国防建设中都有着广泛的应用。地形产品类型主要包括：数字表面模型(Digital Surface Model，DSM)，数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，等高线等产品。
[0003]由于原始点云数据不包含分类信息，建筑物、植被、桥梁等地物点云，不能真实反应场景内的地形，所以从LiDAR点云数据中自动化识别地面点和非地面点是生产地形产品的前提，即点云滤波处理。虽然目前已经提出了很多地面点滤波算法，且很多算法在实际生产应用中也取得了比较理想的效果，但还在存一定的缺陷。首先，现有算法不能自适应处理复杂场景的数据，需要人为根据场景的地形特征设置不同的滤波参数，例布料模拟滤波算法(Cloth Simulation Filter，CSF)(已集成于CloudCompare)需要人为指定场景类型参数才能完成滤波，对于包含平原山地等地形的场景滤波效果不佳；渐进形态学滤波算法通过形态学腐蚀膨胀操作完成滤波，腐蚀膨胀的窗口大小需要根据地形和点密度手动设置；渐进三角网滤波算法(已集成于Terrasolid)通过对场景绘制规则格网，取最低点构建初始地形，逐步加密完成场景滤波，但初始格网大小的选择、沟壑、山脊等地形的处理效果欠佳。
[0004]数字表面模型DSM和数字高程模型DEM是基于初始点云和地面点生产的地形产品，通常对点云数据进行规则格网化来获取，对于地面点云数据而言，由于非地面点的缺失造成了地面点云中存在不同大小的空洞，常见的插值方法通常需要人为指定插值范围大小，需要一定的人工参与。
[0005]等高线地形产品的生产通常通过立体采集的方法，人为等间隔获取一些高程点通过插值构建等高线；常见的自动化提取算法也存在一定的不足，如等高线自相交、等高线锯齿状等问题，也需要进行后处理，一定程度降低了生产的效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在解决上述问题，提供一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法及装置。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法，包括DSM/DEM栅格地形产品生产、基于DEM栅格等高线生产和基于地面点等高线生产；所述DSM/DEM栅格地形产品生产包括如下步骤：S11、首先对场景全部/地面的点云数据进行处理；
S12、对处理后的点云数据构建三角网，依据需求判断是否进行体素化下采样，逐像素进行三角网定位；S13、通过三角网顶点内插该像素位置的高程值对栅格进行赋值处理；通过建立三角网的方式进行插值生产无空洞的DSM/DEM数据；所述基于DEM栅格等高线生产包括如下步骤：S21、首先设定预设参数，依据输入的参数判断每条等高线的高程值，以指定的高程值对栅格数据进行二分类掩膜数据生产，高于该值则标记255，否则标记0；S22、其次采用线性内插的方式在栅格四边计算等高点并连线，判断等高线的类型；为了避免等高线穿过栅格角点，对所有栅格高程值增加0.00001米；S23、然后采用等高点追踪方法，以任意一段等高线为起点，双向追踪处理，获取单条等高线；S24、最后对等高线进行平滑处理；克服锯齿状的现象；所述基于地面点等高线生产包括如下步骤：S31、首先设定预设参数；S32、其次建立测区地面点的三角网，判断三角网内是否存在等高线；如有，则采用线性内插的方式，在三角网三条边上确定等高点；S33、然后采用等高点追踪方法，以任意一段等高线为起点，双向追踪处理，获取单条等高线；S34、最后对等高线进行平滑处理，克服锯齿状的现象。
[0008]进一步，本专利技术所述机载雷达点云地形产品自动化生产方法，所述步骤S11具体包括如下步骤：S111、噪点剔除；采用统计滤波的方式进行噪点剔除，建立点云数据Kdtree，采用统计K邻域内点云距离标准差的方式；初始点云中不免会存在噪点数据，通常认为最低的点为地面点，但实际数据中存在不少远低于地面的噪点数据，这些点通常表现为离散、高差异常；S112、场景粗分类；选择场景内最大建筑物边长或场景内最大非地面点连通地物长度确定格网大小，选择格网内最低点为格网值，求解xy方向梯度，将梯度影像拉伸至0
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255，并采用最大类间差法(OTSU)对场景进行前景和背景值分类，生产测区地形起伏的二值图，其中255为前景表示地形起伏大的区域，0为背景表示地形起伏较小的区域；S113、渐进三角网滤波；采用多级格网划分处理获取初始地面点数据，并建立三角网，恢复初始地形，以迭代角、迭代距离、镜像判断为条件依次对新加入的点进行判断；如果是地面点，则更新三角网，否则跳过；添加新点的顺序是以初始地面点为中心，距离较近的优先判断；由于通常情况下，离初始地面点越近，越可能是地面点，添加新点的顺序会直接影响点云滤波的效果；S114、地形二次恢复；在第一次滤波结果的基础上，以地面点为基础，以预设的半径范围，逐次向外扩散进行第二次地面点的判断，判断条件为点距离和生长角，实现地形的二次恢复；由于初始格网大小的不确定性以及三角网判断条件的缺陷，虽然引入镜像处理，但沟壑、陡坎、山脊等位置的地面点往往不满足三角网的判断条件，因此进行地形的二次恢复，该步骤可以恢复山脊被“削平”，陡坎边界缺点的现象；
S115、错分点剔除；以现有地面点为基础，以2
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3倍平均点间隔为格网分辨率构建DEM，格网值选择格网内点云最低点，以预设高度(0.5米)构建缓冲层，将高于该缓冲层的错分数据进行剔除处理，得到地面点和非地面点，即处理后的点云数据。
[0009]进一步，本专利技术所述机载雷达点云地形产品自动化生产方法，步骤S113所述采用多级格网划分处理过程中，对山地区域进行二级格网细化，格网大小为初始格网的一半，对地形起伏大的区域(即步骤S112中标记为255的区域)的初始地面点进行补点操作，同时进行误差剔除处理。
[0010]进一步，本专利技术所述机载雷达点云地形产品自动化生产方法，所述步骤S113，步骤S114采用并行处理方式进行；设定单个处理单元的大小，对场景进行规则格网分块；通过采用并行处理方式可有效的提高大场景点云遍历效率，提高硬件内存的兼容范围。
[0011]进一步，本专利技术所述机载雷达点云地形产品自动化生产方法，所述格网分块在边界处构三角网的分块点云添加虚拟格网点。
[0012]进一步，本专利技术所述机载雷达点云地形产品自动化生产方法，所述预设参数包括等高线初始高程、终止高程、基本等高距、是否生产计曲线和助曲线成果类型。
[0013]第二方面，本专利技术提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载雷达点云地形产品自动化生产方法，其特征在于：包括DSM/DEM栅格地形产品生产、基于DEM栅格等高线生产和基于地面点等高线生产；所述DSM/DEM栅格地形产品生产包括如下步骤：S11、首先对场景全部/地面的点云数据进行处理；S12、对处理后的点云数据构建三角网，依据需求判断是否进行体素化下采样，逐像素进行三角网定位；S13、通过三角网顶点内插该像素位置的高程值对栅格进行赋值处理；通过建立三角网的方式进行插值生产无空洞的DSM/DEM数据；所述基于DEM栅格等高线生产包括如下步骤：S21、首先设定预设参数，依据输入的参数判断每条等高线的高程值，以指定的高程值对栅格数据进行二分类掩膜数据生产，高于该值则标记255，否则标记0；S22、其次采用线性内插的方式在栅格四边计算等高点并连线，判断等高线的类型；对所有栅格高程值增加0.00001米；S23、然后采用等高点追踪方法，以任意一段等高线为起点，双向追踪处理，获取单条等高线；S24、最后对等高线进行平滑处理；所述基于地面点等高线生产包括如下步骤：S31、首先设定预设参数；S32、其次建立测区地面点的三角网，判断三角网内是否存在等高线；如有，则采用线性内插的方式，在三角网三条边上确定等高点；S33、然后采用等高点追踪方法，以任意一段等高线为起点，双向追踪处理，获取单条等高线；S34、最后对等高线进行平滑处理。2.根据权利要求1所述机载雷达点云地形产品自动化生产方法，其特征在于：所述步骤S11具体包括如下步骤：S111、噪点剔除；采用统计滤波的方式进行噪点剔除，建立点云数据Kdtree，采用统计K邻域内点云距离标准差的方式；S112、场景粗分类；选择场景内最大建筑物边长或场景内最大非地面点连通地物长度确定格网大小，选择格网内最低点为格网值，求解xy方向梯度，将梯度影像拉伸至0
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255，并采用最大类间差法对场景进行前景和背景值分类，生产测区地形起伏的二值图，其中255为前景表示地形起伏大的区域，0为背景表示地形起伏较小的区域；S113、渐进三角网滤波；采用多级格网划...

【专利技术属性】
技术研发人员：李枭，杨彦通，王一，靳笑琳，折晓宇，张卓辉，闫灿，
申请(专利权)人：中科星图空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：