“空间转换”显著提升陡崖点云的地面点提取质量

“空间转换”显著提升陡崖点云的地面点提取质量

机载LiDAR点云滤波和地面点识别是地形测绘、公路铁路断面提取、林业资源调查等众多行业应用的基础性工作。点云滤波和地面点识别的质量高低严重影响到后续行业应用的效率、精度和可信度。比如，在铁路勘察设计阶段，不仅需要测区高精度的地形图辅助选线，而且需要规划线路高精度的断面图以精确的计算土方量。但是，地形地貌是异常复杂多变的，除了常规的平坦地形、平缓的山坡，还有陡坎、陡崖、陡坡等特殊地形类型。

陡崖、陡坎、陡坡等极其特殊地形地貌类型区域的点云滤波是一个极具挑战性的难题。“点云智绘”软件中有两个操作可以有效提升此类特殊地形的点云滤波质量。第一个操作方法，调大“地面点识别（山区、丘陵）”界面中的“地形倾角”这个参数的阈值，比如设置为89.99度（如图1所示），由此来更有效的识别陡峭地形中地面点。

图1通过调大“地形倾角”阈值来提高陡峭地形区域点云的地面点识别能力

上述方法比较简洁，但仍然不能解决部分陡峭地貌场景的点云滤波。下面介绍第二种操作方法，本文称为“空间转换法”。

一、“空间转换法”操作过程
本文选择山西东冶某一区域的无人机激光雷达点云进行试验，试验数据如图2所示。该数据已经经过了PCA软件的滤波处理。从图2的TIN可以看到，数据的底部区域有一处明显的陡崖。

图2 山西东冶某一区域无人机LiDAR点云（左）及滤波识别的地面点生成的TIN（右）

“空间转换法”通过选中局部点云、置平、自动滤波、更新原始点云类别属性等操作进行此类特殊地貌场景的点云数据滤波，如图3所示。

陡崖区域的自动滤波如图3所示，具体过程如下：

1)云图软件中，打开待处理的已经滤波处理后的点云文件；

2)选中点云文件、并点击“剖面”工具；

3)使用“剖面”工具对感兴趣区域的点云进行拉剖面显示；

4)将剖面点云旋转到一个适当的角度、并点击“菜单/工具/置平模拟”按钮；

5)通过选中三个点的方式将感兴趣区域点云旋转到一个水平姿态；

6)通过“选中局部点云、对局部点云进行自动滤波”介绍的方式进行半自动滤波。注意，此步骤可以在不同的选中局部区域执行多次，直至用户满意为止；

7)关闭感兴趣区域点云窗口、原始点云中相应的点云自动更新了类别属性。

（a）山西东冶某陡峭地形区域的点云数据（按高程着色）

（b）选中点云文件、并点击“剖面”工具

（c）使用“剖面”工具选中感兴趣区域的点云数据

（d）剖面工具有“矩形、折线、多边形”剖面等三种（建议使用“多边形剖面”）

（e）剖面点云数据的显示

（f）将剖面点云旋转到一个适当的角度、并点击“菜单/工具/置平模拟”按钮

（g）通过选中三个点的方式将剖面点云旋转到一个水平姿态

（h）通过“选中点自动滤波或分类”方式进行半自动滤波

（i）通过多边形或矩形框等多种方式选中点云、并选择某一场景类型进行自动滤波

（j）剖面点云中识别出更多的“地面点”

（k）关闭剖面点云窗口、TIN窗口，则原始点云中自动更新了剖面点的类别属性，崖体上有了更多的地面点（按高程显示）

图3 选中局部点云、置平、并进行自动滤波

二、小结

“空间转换法”是一种通过坐标转换将原始点云映射到一个新的空间、再进行自动滤波、并且将类别属性反映射回原点云的操作，可以解决大部分陡峭地形的地面点识别问题。同时，仍然需要借助人工编辑来进一步后处理以达到工程应用的需求。