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1、第五讲第五讲第五讲第五讲 机载激光雷达数据处理机载激光雷达数据处理机载激光雷达数据处理机载激光雷达数据处理第五讲第五讲第五讲第五讲 机载激光雷达数据处理机载激光雷达数据处理机载激光雷达数据处理机载激光雷达数据处理 点云预处理及滤波点云预处理及滤波点云预处理及滤波点云预处理及滤波 内容回顾内容回顾 LiDAR数据获取三个阶段八个方面：数据获取三个阶段八个方面： 2 主要内容主要内容主要内容主要内容 基于工程数据基于工程数据LiDAR点云解算点云解算 数据处理流程 LiDAR定位方程 基于基于LiDAR点云的点云的DEM生成生成 滤波概述 点云空间分布特征 LiDAR点云滤波方法 3 基于工程数据
2、基于工程数据LiDAR点云解算点云解算基于工程数据基于工程数据LiDAR点云解算点云解算 1）LiDAR工程数据处理流程工程数据处理流程：1）LiDAR工程数据处理流程工程数据处理流程： 外业数据预处理外业数据预处理计算三维点云计算三维点云外业数据预处理外业数据预处理计算三维点云计算三维点云 坐标变换坐标变换 文件生成文件生成 4 外业数据外业数据包括包括 外业数据外业数据包括：包括： “* *.SCN.SCN” ” 扫描数据扫描数据 存储在移动硬盘中存储在移动硬盘中 Raw POS Raw POS 文件文件 存储在闪存中存储在闪存中 VNAV VNAV 实时导航文件实时导航文件实时导航文件实
3、时导航文件 5 数据预处理流程：数据预处理流程： 6 SBET （Smoothed Best Estimated Trajectory）文件文件处理处理SBET （Smoothed Best Estimated Trajectory）文件文件处理处理 航迹文件（每条行带一个航迹文件）， 处理软件 POSProc处理软件 POSProc GPS差分处理（GPS数据+基站数据） 7 8 9 “* *.LAS.LAS” ” 文件文件ALS Post Processor ALS Post Processor 解算每个目标点的三维坐标；解算每个目标点的三维坐标； 解算每个目标点的三维坐标；解算每个目标点
4、的三维坐标； 每条航带生成一个二进制格式的每条航带生成一个二进制格式的LASLAS文件；文件； 存储格式存储格式/ / / /或者或者 存储格式：存储格式：lat/lat/lonlon/el/intensity data /el/intensity data 或者或者 northing/easting/el/intensity in usernorthing/easting/el/intensity in user- -selected projectionselected projection； 记录顺序：记录顺序：shotshot- -by shot, return by returnby
5、 shot, return by return。 生成生成 “quickquick- -look edgelook edge- -ofof- -coveragecoverage” ” 高程图高程图 生成生成quickquick look edgelook edge ofof coveragecoverage 高程图高程图 （ * *.TIF.TIF） 10 11 12 13 输 出 输 出 设设设设 置置 选选选选 项：项： 14 日志文件日志文件日志文件日志文件 “ “YYMMDD_LoYYMMDD_Lo gFile.txtgFile.txt” ” 记录记录记录记录 操作命令，命令操作命令，
6、命令 的响应以及错误的响应以及错误 操作命令，命令操作命令，命令 的响应以及错误的响应以及错误 等信息等信息等信息等信息等信息等信息；等信息等信息； “ “YYMMDD_FliYYMMDD_Fli ” ”ghtPlanFile.txtghtPlanFile.txt” ” 记录飞行任务的记录飞行任务的记录飞行任务的记录飞行任务的 ID FOVID FOVID, FOV, scan ID, FOV, scan rate, pulse rate, rate, pulse rate, laser powerlaser powerlaser power, laser power, attenuator
7、attenuator positionposition等信息等信息。等信息等信息。positionposition等信息等信息。等信息等信息。 15 设置仪器的检校参数设置仪器的检校参数设置仪器的检校参数设置仪器的检校参数 16 17 2）LiDAR定位方程定位方程 通过激光对地面的扫描通过激光对地面的扫描 2）LiDAR定位方程定位方程 通过激光对地面的扫描通过激光对地面的扫描 得到扫描仪与地面上各得到扫描仪与地面上各 点的距离点的距离，由由GPS接收接收点的距离点的距离，由由GPS接收接收 机得到扫描仪的位置， 由高精度姿态量测装置 机得到扫描仪的位置， 由高精度姿态量测装置 （惯导量测装
8、置（惯导量测装置IMU）， 量测出扫描仪的姿态， ）， 量测出扫描仪的姿态， 即、角度，由 这些量测值计算出地面 即、角度，由 这些量测值计算出地面 上各点的三维坐标上各点的三维坐标上各点的三维坐标上各点的三维坐标。 18 构像方程中的坐标系构像方程中的坐标系 Ps（U,V,W） V WW U Os Z （） Y P（X,Y,Z） Y O X 19 设地面点设地面点设地面点设地面点P P在地面坐标系中的坐标为（在地面坐标系中的坐标为（在地面坐标系中的坐标为（在地面坐标系中的坐标为（X X，Y Y，Z Z）P P， P P在传感器坐标系中的坐标为在传感器坐标系中的坐标为（在传感器坐标系中的坐标为
9、在传感器坐标系中的坐标为（U UV VWW）P P投影中投影中投影中投影中P P在传感器坐标系中的坐标为在传感器坐标系中的坐标为（在传感器坐标系中的坐标为在传感器坐标系中的坐标为（U U、V V、WW）P P，投影中投影中，投影中投影中 心心心心S S在地面坐标系中的坐标为（在地面坐标系中的坐标为（在地面坐标系中的坐标为（在地面坐标系中的坐标为（X XS S，Y YS S，Z ZS S），传感器），传感器 的姿态角为：的姿态角为： ），传感器），传感器 的姿态角为：的姿态角为：),( S UXX ),( 则通用构像方程为：则通用构像方程为：则通用构像方程为：则通用构像方程为： S S W VA
10、 Z Y Z Y P S P WZZ 321 aaa 其中其中：其中其中： 321 321 ccc bbbA 其中其中：其中其中： 321 是传感器坐标系相对于地面坐标系的旋转矩阵，是传是传感器坐标系相对于地面坐标系的旋转矩阵，是传是传感器坐标系相对于地面坐标系的旋转矩阵，是传是传感器坐标系相对于地面坐标系的旋转矩阵，是传 感器姿态角的函数。感器姿态角的函数。感器姿态角的函数。感器姿态角的函数。 20 21 22 cossin0SzSyxcos,sin, 0SzSyx 23 代入通用构像方程代入通用构像方程，有有：代入通用构像方程代入通用构像方程，有有： 0XX sin 0 SAY X Y X
11、 S S cosSZZ S S A为旋转矩阵为旋转矩阵：为旋转矩阵为旋转矩阵 321 aaa 321 321 ccc bbbA 321 24 式中：式中： 25 26 27 sin2 sin PG XXS sin2 sin cos2 PG PG XXS YYAS 321 321 bbb aaa A其中，其中，其中，其中，A A为旋转矩阵为旋转矩阵为旋转矩阵为旋转矩阵 sin2 cos PG ZZS 321 ccc ;sinsinsincoscos 1 a cossinsinsincos 2 a ;cossin 3 a ;sincos 1 b b;coscos 2 b ;sin 3 b ;sin
12、sincoscossinc;sinsincoscossin 1 c ;cossincossinsin 2 c coscosccoscos 3 c 28 坐坐标转换标转换标转换标转换 WGS84坐坐标系大标系大地坐地坐标标标系大标标系大标 投影变换投影变换椭球变换椭球变换 地方局部坐标系坐标地方局部坐标系坐标 下一页下一页 29 投影变换：投影变换： GaussGauss投影投影 UTMUTM投影投影 MercatorMercator投影投影 LambertLambert投影投影 LambertLambert投影投影 AlbersAlbers投影投影 返回返回 30 椭球变换：椭球变换： 七参数
13、法（包括布尔莎模型步法七参数法（包括布尔莎模型步法 七参数法（包括布尔莎模型，一步法七参数法（包括布尔莎模型，一步法 模型，海尔曼特等），即模型，海尔曼特等），即X X平移，平移，Y Y平平 移移Z Z平移平移X X旋转旋转Y Y旋转旋转Z Z旋转旋转移，移，Z Z平移，平移，X X旋转，旋转，Y Y旋转，旋转，Z Z旋转，旋转， 尺度变化尺度变化K K。 三参数（莫洛登斯基模型）即三参数（莫洛登斯基模型）即X X平移平移 三参数（莫洛登斯基模型），即三参数（莫洛登斯基模型），即X X平移，平移， Y Y平移，平移，Z Z平移，而将平移，而将X X旋转，旋转，Y Y旋转，旋转， Z Z旋转，尺
14、度变化旋转，尺度变化K K视为视为0 0，所以三参，所以三参Z Z旋转，尺度变化旋转，尺度变化K K视为视为0 0，所以三参，所以三参 数只是七参数的一种特例。数只是七参数的一种特例。 返回返回 31 文件生成文件生成文件生成文件生成 离散点格式离散点格式离散点格式离散点格式 离散点格式离散点格式离散点格式离散点格式 LASLAS格式（格式（格式（格式（* *. .laslas） 栅格格式栅格格式（栅格格式栅格格式（* asc* asc） 栅格格式栅格格式（栅格格式栅格格式（ .asc.asc） 其他，如文本格式（其他，如文本格式（其他，如文本格式（其他，如文本格式（* *.txt.txt） X Y ZX Y Z， X Y Z IX Y Z I， X Y Z I R G X Y Z I R G 等等B B 等；等； 点云生成 32 数据重采样数据重采样数据重采样数据重采样（）格式格式格式格式数据重采样数据重采样数据重采样数据重采样（* *. .
