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五、航空遥感数据处理2、LIDAR数据处理LIDAR数据的处理主要分为三步：原始数据格式转换、点云分类、DEM生成。三个步骤分别在ALSPP、TerraSolid及ErdasImagine软件中完成。Lidar数据处理流程图如下：1）Lidar原始数据格式转换Lidar原始数据的格式转换完成由Lidar原始数据向激光点云数据转换的工作，此步工作在ALSPP中完成。Lidar原始数据记录脉冲发射角度、脉冲发射与返回的时间、脉建模点ASCII文件Lidar原始数据格式转换激光点云数据噪声去除地面点选取建模点选取内插DEM数据冲返回强度、回波的次数等信息。将原始Lidar数据与由IPAS解算出的定位定向数据相结合，计算出每一束激光所探测地物的三维坐标，由此生成的Lidar数据表现为大量悬浮的、离散的没有属性信息的点阵，我们称之为“点云”。数据转换原理：在机载Lidar系统中，利用惯性测量单元（IMU）获得飞行过程中的3个姿态角（,,），通过GPS获得激光扫描仪中心坐标（000,,XYZ），最后利用激光扫描仪获取扫描仪至地面点的距离D，由此可以计算出此刻地面上相应激光点（,,XYZ）的空间坐标为：0000(,,)0XXYYRZZD距离D根据激光脉冲发射与返回的时间差计算得到，公式如下：12Dct式中，c为光速，t为激光脉冲发射与返回的时间差。2）激光点云分类激光点云分类以分离出用于建立数字地面模型的激光脚点为最终目的，此步工作在TerraSolid软件中完成。TerraSolid系列软件是基于MicroStation开发的，主要有TerraScan、TerraPhoto、TerraModel等模块，激光点云分类主要在TerraScan模块中进行。根据数据所覆盖区域的地形特征，利用点云的高程、强度、回波等多种特征信息，进行点云去噪滤波、地面点提取等操作，步骤如下：①航带重叠区域数据优化组合数据获取时，为保证对区域的全覆盖，相邻两条点云数据间会存在重叠，数据处理时仅保留重叠区域内质量较好的点进行后续操作。倘若已知两条数据有明显的优劣之分，则重叠区保留优良航带的数据。一般情况下，相邻航带的数据质量相当。由于扫描角度越大，激光的测距精度越低，因此在重叠区尽量保留扫描角度较小的激光点，删除每条航带的最边缘数据。在处理过程中，设定阈值以保证每条航带中心一定范围内的激光点保留。②地面低点去除在激光点云中，往往会出现一些点的高程明显低于地平线，这些点的产生是因为激光光束在上下行过程中发生折射，从而延长了返回时间，使系统认为被探测地物具有比真值要低的高程值，为无效数据，需剔除。采用差值法进行地面低点去除。以被判断点为中心，设定搜索半径与阈值，计算该搜索范围内其它点与被判断点的高程值之差，若所有差值都大于阈值，即被判断点比其它点都低，则该被判断点为地面低点，将该点分类到地面低点（Lowpoints）的点集中。③孤立点去除孤立存在的点，为需要剔除的无效数据。采用区域搜寻的方式进行孤立点去除。以被判断点为中心，设定搜索半径与阈值，若该搜索范围内的点数少于阈值，则该被判断点为孤立点，将该点分类到孤立点（Isolatedpoints）的点集中。④空中悬点去除空中悬点是激光脉冲遇到空中悬浮物（如灰层、飞鸟等）后返回的信号，为需要剔除的无效数据。以被判断点为中心，设定搜索半径、参与计算的最少点数和超限倍数，计算这些点的平均高程及标准差，若被判断点与平均高程的差值大于标准差的若干倍，则将该被判断点分类到空中悬点（Airpoints）的点集中。⑤云去除激光脉冲打到云层后返回的信号，为需要剔除的无效数据。由于云层一般具有较高的高度，可在了解数据获取区域的地形特征后，利用数据的高程特征进行数据分选，设定阈值，将阈值之上的数据分类到噪声点的点集中。⑥地面点选取地面点的选取是在不断细化地面三角网模型的过程中实现的。首先，浏览所处理区域的地形，量测区块内较大建筑物的长宽尺寸，确定一个初始长度值a，使得在任何一处a*a的方形区域内，都能找到一个激光点为地面返回的点。在每一个a*a的方形区域内，找出一个最低点，构建三角网，作为地面的初始模型。然后，通过设定地形约束条件搜索更多的地面点，每搜索到一个新的地面点，地面模型相应更新。地形约束条件包括：地面最大坡度、被判断点与当前地面模型的距离、被判断点和临近点连线与当前地面模型所构成的角度等。当所搜索到的地面点达到一定密度时，结束任务。⑦植被点剔除地面选取时，可能会混入一些植被点，可利用植被的多次回波特性将这些点选出。当一束激光脉冲有多次范围信息时，末次有可能从地面返回，但首次和中间次一定不是来自地面，从地面点集中将具有多次回波特性的首次和中间次点选出，分类到植被点的点集中。⑧模型关键点选取模型关键点为地面点集的子集。模型关键点点集保留地面点集中反映地形特征的点，在一定的精确度要求下，这些点足以表示地形变化。模型关键点的选取和地面点的选取过程类似。首先，设定初始采样窗口边长b，b值的选择根据需要而定，当当前任务需要建模点至少在b*b的范围内存在一个点时，就将该边长设为b。然后设定地面点高程上下容限。模型关键点搜索时，首先在每个b*b的窗口中提取高程最高与最低的两个地面点，利用这些点建立初始的三角网地面模型。在接下来的搜索中，寻找与初始模型之差超出上下容限的点，在这些点里，保留差值最大的，添加到原模型中，形成新的地面模型。依此循环进行，直到在剩下的地面点中再也找不到任何一个与当前模型的高差超出上下容限的点，搜索结束。⑨保存输出设定输出路径，将模型关键点点集保存输出为ASCII文件，ASCII文件中记录各个点的（x，y，z）坐标值。3）DEM生成这一步完成利用模型关键点的数据内插生成规则格网的数字高程模型的工作。许多软件都能完成这一步工作，本专项选择在ErdasImagine的CreatSurface模块中完成。步骤如下：①导入建模点数据，包含每个点的（x，y，z）坐标值；②设定输出路径，设定输出格网大小，选择以LinearRubberSheeting的内插方式生成模型。