多源数据辅助机载LIDAR数据处理的关键技术研究

随着空间信息需求的不断增加,“数字地球”概念的深入人心,如何高效地获取高精度、可靠的三维数据已成为测绘工作者研究的热点。LIDAR(Light Detection And Ranging)是一种主动式对地观测系统,它集成了GPS、惯性导航、激光测距等先进技术,具有控制测量依赖性少、受天气影响小、自动化程度高、成图周期短等特点,可能为测绘行业带来一场新的技术革命(刘经南,2003)。LIDAR的应用热潮在国外已经掀起,目前我国也引进了机载设备用于商业运作,但国内该技术的数据处理方法还处于研究阶段,针对不同地形条件的适应性算法还处于初步探讨阶段,激光测高行业标准还处于空白状态。如何使这项高新技术在国民经济建设中发挥积极作用,如何改变国内该领域发展相对滞后的局面,给测绘工作者提出了新的挑战。 本文主要研究机载LIDAR数据处理的理论和方法,在分析和总结了LIDAR技术原理和特点的基础上,探讨机载LIDAR数据处理的关键技术,并引入了多源数据辅助分析的概念。具体内容如下: 1.分析了LIDAR对地观测原理、技术优越性、国内外发展现状和应用领域,对目前主要的商业化LIDAR系统的技术指标进行了归纳和总结,比较了机载LIDAR技术与摄影测量技术、机载InSAR技术之间的异同和优缺点; 2.讨论了机载LIDAR数据特点和数据组织方式,并介绍了ASPRS提出的Lidar Data Exchange Format Standard 1.0和1.1标准文件格式,指出开放的数据格式对加强系统提供商和软件开发商的沟通,拓展LIDAR技术应用具有十分重要的意义; 3.研究了机载LIDAR数据预处理的质量评价方法和粗差分析方法,主要包括基于航带关键点、直方图、孤立点、晕渲图的粗差分析方法,为后续的数字表面模型生成和激光雷达数据处理工作提供了前期支持; 4.系统回顾和总结了机载LIDAR数据滤波的原理和常用方法,并提出了一种利用已知DEM辅助信息针对LIDAR点云迭代处理的新算法,同时在城市、山区、水域等地区进行了实验; 5.通过不规则三角网晕渲图、规则格网晕渲图、点云剖面图、航空影像数据的辅助判读与识别,实现高效准确的数据处理质量检查与人工编辑处理; 6.比较了应用激光点云数据后期处理成果生成数字表面模型及数字高程模型的内插算法; 7.通过对正射影像纠正、真正射影像制作及城市三维快速建模的实验,探讨了激光雷达数据应用的可行性与技术优势。