CHT 8023-2011 機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范（正式版）

A77機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范國家測繪地理信息局發(fā)布I Ⅱ 1范圍 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 25技術(shù)準(zhǔn)備 46點云濾波分類 57數(shù)字高程模型制作及質(zhì)量控制 78數(shù)字正射影像圖制作及質(zhì)量控制 89矢量要素采集及質(zhì)量控制 910相關(guān)文件制作 911檢查驗收 912成果整理與上交 9Ⅱ本標(biāo)準(zhǔn)起草規(guī)則依據(jù)GB/T1.1-2009。本標(biāo)準(zhǔn)由國家測繪地理信息局提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：陜西測繪地理信息局、長安大學(xué)、武漢大學(xué)、北京東方道邇信息技術(shù)股份有限公司、南京市測繪勘察研究院有限公司、中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：肖平、謝露蓉、鄧國慶、隋立春、馬洪超、張生德、儲征偉、許振輝。Ⅲ機(jī)載激光雷達(dá)點云是通過對機(jī)載激光發(fā)射器接收的信號進(jìn)行處理所獲得的表達(dá)地表三維形態(tài)的、離散的、密度不均勻的數(shù)據(jù)點集，能夠以較高的精度反映地表的真實狀況，如地面高低起伏，地表物體反射由于點云本身不具有它所表達(dá)的物體的屬性信息，因此，要獲取所表達(dá)物體的屬性，則須對點云進(jìn)行分類處理，按照不同地表物體的反射特性、形狀特征等，將表達(dá)不同類地物的點云進(jìn)行區(qū)分。同時，通過分類，確定表達(dá)地面真實形態(tài)的地面點云，并可由地面點生成高精度數(shù)字高程模型(DEM)。本標(biāo)準(zhǔn)在對機(jī)載激光雷達(dá)點云進(jìn)行多種分類試驗的基礎(chǔ)上，對點云分類和基于點云制作DEM的技術(shù)進(jìn)行了規(guī)范。一方面使點云的處理規(guī)范化；另一方面，提出了基于高精度點云制作高精度DEM的技術(shù)要求。在此基礎(chǔ)上，對基于點云制作數(shù)字正射影像圖(DOM)和部分矢量數(shù)據(jù)的技術(shù)要求進(jìn)行了規(guī)范。本標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)處理是對滿足CH/T8024—2011要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理。1機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)范本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了利用機(jī)載激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)生產(chǎn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果的數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于基礎(chǔ)測繪中機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的生產(chǎn)作業(yè)及成果整理。其他性質(zhì)的測繪工程可參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T13923基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼GB/T13989國家基本比例尺地形圖分幅和編號GB/T18316數(shù)字測繪成果質(zhì)量檢查與驗收CH/T1001測繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定CH/T1004測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定CH/T1007基礎(chǔ)地理信息數(shù)字產(chǎn)品元數(shù)據(jù)CH/T8024—2011機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取技術(shù)規(guī)范CH/T9008.2基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:5001:10001:2000數(shù)字高程模型CH/T9009.2基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:50001:100001:250001:500001:100000數(shù)字高程模型CH/T9009.3基礎(chǔ)地理信息數(shù)字成果1:50001:100001:250001:500001:100000數(shù)字正射影像圖3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。激光雷達(dá)LIDAR發(fā)射激光束并接收回波獲取目標(biāo)三維信息的系統(tǒng)。[GB/T14950—2009,數(shù)據(jù)獲取4.150]機(jī)載激光雷達(dá)airborneLIDAR在航空平臺上，集成激光雷達(dá)、定位定姿系統(tǒng)(POS)、數(shù)碼相機(jī)和控制系統(tǒng)所構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。以離散、不規(guī)則方式分布在三維空間中的點的集合。2激光雷達(dá)點云LIDARpointcloud通過激光雷達(dá)掃描獲得的點云。單位面積上點的平均數(shù)量。投射到物體上被反射的輻射能與投射到物體上的總輻射能的比率。點云中反應(yīng)真實地表面形態(tài)的點。點云中除地面點之外的點。4總則坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)采用2000國家大地坐標(biāo)系或依法批準(zhǔn)的獨立坐標(biāo)系。高程基準(zhǔn)應(yīng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。當(dāng)采用獨立高程系統(tǒng)時，應(yīng)與1985國家高程基準(zhǔn)進(jìn)行聯(lián)測。地圖投影宜采用高斯一克呂格投影；當(dāng)數(shù)據(jù)獲取區(qū)域為沿?；蚝u(礁)區(qū)域時，可采用與之相適應(yīng)的橫軸墨卡托投影。按3°分帶計算平面直角坐標(biāo)。當(dāng)對控制網(wǎng)有特殊要求時，可以采用任意經(jīng)度作為中央子午線的獨立坐標(biāo)系統(tǒng)，投影面亦可采用當(dāng)?shù)仄骄叱堂妗?.2成果規(guī)格4.2.1格網(wǎng)間距及地面分辨率數(shù)字高程模型格網(wǎng)間距采用0.5m、1.0m、2.0m、2.5m、5.0m等多種規(guī)格，其縱向與橫向間距保持一致。數(shù)字正射影像圖地面分辨率采用0.05m、0.1m、0.2m、0.5m、1.0m等多種規(guī)格，其縱向與橫向間距保持一致。具體要求見表1。表1格網(wǎng)間距及地面分辨率34.2.2圖幅分幅及編號1:500、1:1000、1:2000成果分幅和編號按照GB/T20257.1執(zhí)行。1:5000、1:10000成果分幅和編號按照GB/T13989執(zhí)行。帶狀測區(qū)或小面積測區(qū)，可按測區(qū)統(tǒng)一順序編號，具體要求由技術(shù)設(shè)計書明確。4.2.3數(shù)據(jù)覆蓋范圍數(shù)字高程模型應(yīng)符合CH/T9008.2數(shù)字正射影像圖應(yīng)符合CH/T9008.39009.2的規(guī)定。9009.3的規(guī)定。4.3精度指標(biāo)數(shù)字高程模型相對于野外控制點的高程中誤差，數(shù)字正射影像圖相對于野外控制點的平面中誤差應(yīng)符合表2的規(guī)定。矢量要素的精度根據(jù)成圖比例尺要求，應(yīng)符合CH/T9008.1、CH/T1011等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。表2精度要求比例尺地形類別山地山地山地山地山地在植被覆蓋密集區(qū)域、反射率較低區(qū)域(如水域、光滑表面等易形成鏡面反射的區(qū)域)等特殊困難地4區(qū)，高程、平面中誤差可放寬0.5倍。數(shù)字高程模型的高程值定位于格網(wǎng)的交叉點上。格網(wǎng)內(nèi)插點的高程中誤差按表2中高程中誤差的1.2倍計。最大允許誤差為表2中誤差的2倍。4.4接邊要求數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中應(yīng)進(jìn)行接邊處理。同期生產(chǎn)的數(shù)字高程模型接邊后，同名格網(wǎng)點的高程值應(yīng)保持一致；與已有成果接邊時，地形未變化處接邊后，同名格網(wǎng)點的高程值應(yīng)保持一致。數(shù)字正射影像接邊后，同名影像平面較差應(yīng)不大于表2中平面中誤差值，且接邊處不應(yīng)存在明顯錯位、模糊、變形；同期生產(chǎn)的數(shù)字正射影像圖應(yīng)保持整體色調(diào)的一致性。4.5對點云數(shù)據(jù)的要求點云數(shù)據(jù)應(yīng)符合CH/T8024—2011的規(guī)定。5技術(shù)準(zhǔn)備5.1技術(shù)設(shè)計根據(jù)項目要求，結(jié)合點云數(shù)據(jù)的具體情況，對數(shù)據(jù)生產(chǎn)的工藝流程和技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計。依據(jù)軟、硬件功能情況，對過程參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃。同時，應(yīng)明確制作過程中的質(zhì)量控制措施，確保成果達(dá)到要求。技術(shù)設(shè)計應(yīng)符合CH/T1004的規(guī)定。5.2數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備應(yīng)包括以下數(shù)據(jù)內(nèi)容：a)點云數(shù)據(jù)；b)航跡文件(GPS時間、位置信息(X,Y,Z)與姿態(tài)信息(H,R,P)相對應(yīng)的列表文件)等參考文件；c)地面檢查點，即用于精度檢測的野外實測數(shù)據(jù)；d)成果坐標(biāo)系統(tǒng)與點云坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)；e)其他有關(guān)數(shù)據(jù)，如與數(shù)據(jù)處理、成果檢驗相關(guān)的數(shù)據(jù)。5.3坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換5.3.1直接獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換利用轉(zhuǎn)換參數(shù)，將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至成果坐標(biāo)系統(tǒng)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的中誤差應(yīng)不大于圖上0.1mm(以成圖比例尺計算)。當(dāng)成果采用2000國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)時，應(yīng)根據(jù)原始點云所在的ITRF框架與ITRF97框架之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將原始點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到ITRF97框架2000.0歷元上。5.3.2利用控制點解算轉(zhuǎn)換對于無法獲取已知轉(zhuǎn)換參數(shù)的區(qū)域，布設(shè)、施測3個以上控制點，獲取控制點在兩個坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)值，解算兩個坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的中誤差應(yīng)不大于圖上0.1mm(以成圖比例尺計算)。55.4高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換收集該區(qū)域的精化似大地水準(zhǔn)面成果，對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行高程擬合轉(zhuǎn)換，將點云高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至成果高程系統(tǒng)。對于區(qū)域似大地水準(zhǔn)面成果不能滿足數(shù)字高程模型高程精度要求的，應(yīng)在測區(qū)施測GPS水準(zhǔn)點，進(jìn)行擬合轉(zhuǎn)換，或進(jìn)行局部似大地水準(zhǔn)面精化后實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。高程系統(tǒng)轉(zhuǎn)換中誤差應(yīng)不大于表2中高程中誤差值的1/2。5.5數(shù)據(jù)分塊根據(jù)實際需要對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊。每一個數(shù)據(jù)塊為軟件處理的一個單元，一般按矩形切塊。數(shù)據(jù)塊的大小根據(jù)數(shù)據(jù)處理的軟、硬件性能綜合考慮。5.6點類定義點類定義見表3。表3點類定義1地面點反映地面真實起伏，落于裸地表面的點，包括落在道映地表形態(tài)的地物之上的點2非地面點沒有落到裸地表面的點，主要指落在各種高于筑物、植被、管線上的點3專題點根據(jù)應(yīng)用需求區(qū)分的具有同一類地物表達(dá)的點水體：河流、溝渠、湖泊、池塘、水庫等范圍；水利設(shè)施：攔水壩、堤壩、堤、水閘等；居民地：房屋、地面上窯洞、蒙古包；設(shè)施：工礦設(shè)施，公共設(shè)施，名勝古跡、宗教設(shè)施、觀測站等；道路：鐵路，各級公路；橋梁：車行橋、立交橋、過街天橋、人行橋、廊橋、索道等；管線管線：架空的電力線、通信線、管道等；臨時的挖掘場、物資存放場等6點云濾波分類6.1分類基本流程分類的基本流程見圖1。制作數(shù)字高程模型應(yīng)將點云中的地面點與非地面點分離。6圖1點云分類流程圖6.2噪聲點濾除將明顯低于地面的點或點群(低點)和明顯高于地表目標(biāo)的點或點群(空中點),以及移動地物點定義為噪聲點。在進(jìn)行地面點分類之前，應(yīng)首先將這類點分離出來。6.3點云自動分類6.3.1分類算法利用基于反射強(qiáng)度、回波次數(shù)、地物形狀等的算法或算法組合，對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分類。6.3.2提取地面點云裸露地表處有且只有一次回波，此次回波對應(yīng)的反射點即為地面點。植被覆蓋區(qū)域可能對應(yīng)多次回波，正常的地面點是最后一次回波對應(yīng)的反射點。相對于地物點，地面點的高程是最低的。從較低的激光點中提取初始地表面；基于初始地表面，設(shè)置地面坡度閾值進(jìn)行迭代運算，直至找到合理的地面。6.3.3非地面點分類根據(jù)點的高度及點云分布的形狀、密度、坡度等特征，對非地面點云進(jìn)行分類。對于形狀規(guī)則，空間特征明顯的地物，可通過參數(shù)設(shè)置，利用軟件自動提取，如建筑物、電力塔等。6.4人工編輯分類結(jié)果人工編輯分類結(jié)果主要包括：a)對高程突變的區(qū)域，調(diào)整參數(shù)或算法，重新進(jìn)行小面積的自動分類；b)采用人工編輯的方式，對分類錯誤的點重新進(jìn)行分類。6.5質(zhì)量控制6.5.1檢查方法對分類結(jié)果進(jìn)行檢查。通過將點云分類顯示、按高程顯示等方法，目視檢查分類后點云；對有疑問處7用斷面圖進(jìn)行查詢、分析。地面點檢查一般采用建立地面模型的方法進(jìn)行檢查。對模型上不連續(xù)、不光滑處，繪制斷面圖進(jìn)行查看。若有對應(yīng)影像，可用來輔助檢查分類的可靠性。6.5.2檢查內(nèi)容檢查的主要內(nèi)容包括：a)點云分類是否正確；b)地面點云表面模型是否連續(xù)、光滑；c)地面點的剖面圖形態(tài)是否合理；d)分類結(jié)果與地形圖、影像套合，所分點類與影像范圍是否一致。7數(shù)字高程模型制作及質(zhì)量控制7.1地面點數(shù)據(jù)處理要求7.1.1數(shù)據(jù)空白區(qū)處理數(shù)據(jù)空白區(qū)處理主要有以下兩種情況：a)對于河流、湖泊等面積較大的無數(shù)據(jù)水體區(qū)域，采集水涯線作為特征線參與高程模型的生成。當(dāng)點云數(shù)據(jù)中無法獲取水涯線高程時，應(yīng)實地補(bǔ)測高程信息。b)對于濾除非地面點后出現(xiàn)的零散、小面積無數(shù)據(jù)區(qū)域，制作數(shù)字高程模型時，根據(jù)數(shù)據(jù)實際情況設(shè)置較大的構(gòu)網(wǎng)距離，保證插值結(jié)果反映完整地形，不得出現(xiàn)插值漏洞。對不滿足要求的區(qū)域(如山體、陡坎或地物遮蔽嚴(yán)重等特殊地形處，由于地面數(shù)據(jù)缺失，插值后損失地形細(xì)節(jié)，影響數(shù)字高程模型精度)進(jìn)行外業(yè)實測、補(bǔ)測高程信息。對于具備同期數(shù)碼影像的，可基于立體像對補(bǔ)測特征點、特征線等高程信息，保證地形細(xì)節(jié)完整。7.1.3特殊地物數(shù)據(jù)處理要求制作數(shù)字高程模型時，應(yīng)注意對以下特殊地物數(shù)據(jù)的處理：a)立交橋、高架路、橋梁等架空于地面或水面之上的人工地物范圍，一般只保留地面或水面上的點云數(shù)據(jù)；b)路堤、土堤、攔水壩、水閘等底部與地面相接的構(gòu)筑物，保留其點云數(shù)據(jù)。7.2數(shù)字高程模型制作7.2.1數(shù)字高程模型生成點云中所有地面點均作為特征點進(jìn)行數(shù)字高程模型構(gòu)建。根據(jù)實際情況，可選擇帶有高程信息的精確匹配的道路特征線、河流邊線、面狀水域(湖泊、水庫、池塘等)范圍線等參與數(shù)字高程模型生成。7.2.2圖幅裁切按照成圖比例尺，對生成的數(shù)字高程模型按CH/T9008.2或CH/T9009.2的規(guī)定裁切生成圖幅數(shù)字高程模型。圖幅數(shù)字高程模型跨航帶或跨分塊時，應(yīng)通過拼接確保數(shù)據(jù)完整，接邊處地形過渡自然。87.3質(zhì)量控制7.3.1檢查方法通過三維透視及暈渲，檢查數(shù)字高程模型的可靠性。對模型不連續(xù)、不光滑處應(yīng)重新核實地面點分類的可靠性。使用實地施測的地面檢查點，在數(shù)字高程模型中內(nèi)插獲取相應(yīng)平面位置的高程，計算并統(tǒng)計檢查點與內(nèi)插點間的高程誤差。7.3.2檢查內(nèi)容檢查的主要內(nèi)容包括：a)數(shù)字高程模型覆蓋范圍及格網(wǎng)尺寸的正確性；b)地面點云數(shù)據(jù)使用的準(zhǔn)確性；c)特征線位置的合理性及高程的正確性；d)河流邊線的高程值應(yīng)從上游到下游逐漸降低，湖泊、水庫、池塘等面狀水域邊線的高程值應(yīng)一致；e)數(shù)字高程模型高程精度是否達(dá)到規(guī)定要求；f)接邊精度是否符合要求。8數(shù)字正射影像圖制作及質(zhì)量控制8.1數(shù)字正射影像圖制作8.1.1數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)字正射影像圖制作時準(zhǔn)備如下數(shù)據(jù)：a)數(shù)碼航攝影像數(shù)據(jù)，應(yīng)影像清晰，反差適中，色調(diào)正常；b)影像索引文件(GPS采樣時間與影像名稱的對應(yīng)列表文件)、相機(jī)航跡文件等參考文件；c)影像內(nèi)、外方位元素，相機(jī)鏡頭畸變等參數(shù)；d)用于精度檢測的檢查點。8.1.2成果生成數(shù)字正射影像圖生成主要步驟為：a)基于校正后的影像內(nèi)、外方位元素和數(shù)字高程模型，對原始影像進(jìn)行自動微分糾正，生成單片數(shù)字正射影像；b)對單片數(shù)字正射影像做勻光、勻色處理，保證區(qū)域整體影像色彩的平衡；c)對單片數(shù)字正射影像進(jìn)行拼接，避免拼接線出現(xiàn)在房屋、立交橋、陡坎等地形有高差的區(qū)域；d)按照分幅要求對拼接后的數(shù)字正射影像進(jìn)行裁切，生成分幅數(shù)字正射影像圖。8.2質(zhì)量控制數(shù)字正射影像圖主要質(zhì)量控制內(nèi)容包括：a)各參數(shù)文件的使用是否正確；b)影像地面分辨率、數(shù)據(jù)范圍是否正確；9c)影像是否清晰，色調(diào)是否均勻，是否存在模糊或重疊；d)數(shù)字正射影像圖平面精度