关键词:
体元
数据结构
滤波
数字高程模型
机载激光雷达
摘要:
机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LIDAR)是一种主动式对地观测系统,为数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的获取提供了 一种新型数据,即密集、高精度的3D点云数据。LIDAR点云数据仅通过滤波处理即可得到高精度的DEM,精确的滤波结果是生产高精度DEM的前提。已有的经典滤波算法中,表达点云数据的常用方式主要有规则格网(Raster grid)、不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)和点云。其中,前两者的同一平面坐标只能对应一个高程值,为2.5D的数据表达方式,用其表达真3D的点云数据必然存在信息损失,进而影响基于该种数据结构设计的滤波结果的准确性;而直接基于点云数据,其空间结构信息难以利用,导致基于该种数据结构的滤波算法设计困难。因此,有必要构建一种更为简单的真3D数据结构,并在该结构基础上开展3D滤波,以充分利用点云空间邻域信息,提高滤波精度。本文的主要研究内容及创新点包括:提出了一种二值体元数据(Binary Voxel-based Data,BVD)结构模型。该模型的构建就是将包含场景目标的空间划分成三维体元网格,并将点云映射到三维体元网格,进而根据体元中有(无)激光点为各体元赋值1(0)。相较于规则格网、不规则三角网和点云等数据结构,体元的优势在于其隐含有邻域关系又方便信息的提取。并在此模型基础上,提出了一种基于体元的3D滤波(Voxel-based 3D Filtering,V3F)算法。该根据局部高程最低原则选择地面种子体元,然后标记与其3D连通的体元集合为地面体元。该算法较好的利用了体元结构内在的隐含连通性。采用ISPRS标准测试数据将V3F算法的性能和其他已有的八种精度滤波算法相比,对比Axelsson的算法,V3F算法在总误差上改进了 5个样本数据的精度;平均Kappa系数在相对平坦的城区、陡坡及不连续地形分别为92.49%,72.23%和61.27%。