基于TerraSolid软件的LiDAR数据处理实验.pdf

基于 TerraSolid 软件的 LiDAR 数据处理实验 1 TerraSolid 软件认识 TerraSolid 系列软件是第一套商业化的 Lidar 数据处理软件，基于 MicroStation 开发运行TerraSolid 系列软件主要有 TerraScan、TerraPhoto、 TerraMatch、TerraModel 等模块来共同处理激光雷达点云数据和影像用户可根 据不同的需要选择不同的模块，但需要先安装 MicroStation ⑴ 软件的安装 ① 安装 MicroStation，运行 ms08050270en.exe，按照程序指示完成安装； ② 拷贝 msv8.lic 和 sf.dat 复制到 C:\Program Files\Bentley\Program\Licensing 文件夹下； ③ 拷贝 licnsmgr.dll 到 C:\Program Files\Bentley\Program\microstation 文件夹 下，覆盖已有的； ④ 根据操作系统选择 reg_nt.reg ­ Win9x – WinNT 和 reg_w2k.reg ­ Win2K – WinXP 中的一个，双击运行，写入注册表。

至此，MicroStation 安装完成 ⑤ 针对 Terrasolid 软件，它有很多模块，可以分两种情况来安装，一种是 一次性下载所有模块，然后运行 setup.exe，选择 TerraScan、TerraPhoto、 TerraMatch、TerraModeler 等中实际需要的模块安装；另一种情况是根据需要下 载模块，然后每个模块独立安装 ⑥ 如果需要有解密许可那就最好了，拷贝 license 目录下四个解密文件到 C:\terra\license 文件夹下，完成 TerraSolid 软件解密 ⑵ 软件运行和加载 ① 双击桌面快捷方式 MicroStation，运行软件系统主界面如下图 1 所示 图 1 MicroStation 系统主界面 ② 选择菜单 Utilities→MDL Aplication，调出 MDL 对话框，如图 2 所示 选择 TSCAN，点击 load 按钮，完成 TerraScan 的加载如果上述安装没有解密， 此时弹出一个需要输入许可的对话框，可以点击 10 天许可（也有 30 天许可的） 按钮即可同理可完成 TerraPhoto、TerraMatch、TerraModel3 个模块的加载，然 后进入各个模块的使用界面。

图 2 MDL 对话框 注：每次启动 MicroStation 软件，都需要重新加载 Terrasolid 的各个模块 ⑶ 软件基本操作 ① 数据读取与显示 从 TerraScan 菜单栏选择 File→Read Points 即可打开选择文件对话框，在数 据目录双击 A.las， 点击 Done 按钮， 软件将会读入数据， 并在 Microstation 的 View 对数据进行显示 图 3 数据显示结果 ② 数据显示模式 View→Display mode 可对点云数据的不同显示模式进行查看 可供选择的方 式有：类、回波、高程、强度、距离、渲染等在 Display mode 中，可以对每个 窗口的颜色以及显示方式进行设置，如图 4 所示 图 4 显示模式对话框 ③ Applications→TerraScan→General 与 Applications→TerraScan→View Laser 图 5 General、ViewLaser 工具箱 2 机载 LiDAR 数据处理——系统检校 检校的最终目标是要确定所有的系统误差并对所求的原始点数据进行改正， 使其只剩下随机误差 对每次飞行需要检校的误差主要是安置误差，其随飞行的 次数、时间以及仪器安装等因素而变化。

⑴ 打开数据 将实验数据中的四条航带点云数据打开，为区别期间， 可使四条航带显示不 同的颜色，在 Display mode 进行设置同时，点击 Draw Section 按键，画出一定 宽度的线，结果在 View2 中显示，可发现各个航带明显地存在偏差，这就是系统 误差造成的，系统检校的目的就是消除这些误差，结果如图 6 所示 图 6 航带偏差显示结果 ⑵ 加载 TerraMatch，进行系统检校 与加载 TerraScan 步骤相同，加载 TerraMatch，开始系统检校系统检校操 作如下： ① 导入轨迹文件选择左侧工具栏中的 Setting→Manage Trajectories→File →Set directory，选择所用的数据文件，完成轨迹文件的导入 ② 画航线在 Manage Trajectories 中，选择 Tools→Draw Trajectories，则显 示了航线 ③ 在 TerraMatch 中，点击 Setting→Measure match，在 Use 中选择 Loaded points， Use classes 中选择 Ground， 完成后， 则会显示 Measure report， 其中 Average magnitude 为 0.09988。

④ 开始进行航带平差，仍然在 TerraMatch 中，点击 Setting→Find match， 在 solve for 中， 将 Heading shift， Roll shift， Pitchshift 三个选项划勾 然后点 OK， 则开始系统检校，过程会显示图 7 所示界面 图 7 航带系统检校操作界面 ⑤ 应用检校结果上述过程完成后，会出现 Apply results，可以将这个结 果保存，点击 OK，则将结果应用在数据中，完成系统检校 完成了系统后，可发现原来各个航带存在的偏差，会减小如图所示： 图 8 航带偏差检校显示结果 另外，还可再次查看误差，即操作步骤 3，将会发现 Average magnitude 数值 减小为 0.02705，如图 9 所示 图 9 航带偏差检校显示结果 3 机载 LiDAR 数据处理——滤波分类 ⑴ 实验方法 人工交互编辑的目的是剔除自动分类没有滤掉的部分粗差和未分类正确的 激光点，为了便于人工作业，工程海量数据处理需要界面更友好、处理效率更高 的选定工具和算法 在对点云数据进行分类处理前，首先应对数据进行检验， 剔除错误的点和高 程异常的点，如特别低的点（地面以下的点）或特别高的点（云或飞行中的鸟） ； 然后建立地面数据，分离出非地面的数据，如根据顾客的要求，对非地面数据进 行分类，如建筑物数据、输电线路数据、铁路数据等，此外，还可根据高出地面 的高度对非地面点数据进行分类，如可以对不同的植被进行分类； 最后输出分类 的数据。

机载 LiDAR 航飞获取的原始激光数据在经过数据预处理之后就是海量的 激光点云数据，这些点云数据包括地面点、植被点、建筑物点、水域点、其他地 物点以及噪声点， 且都在同一个数据层激光点云数据分类就是要将这些点放在 预先定义的数据层中，如地面点放在 ground 层、植被点放在 vegetation 层、建 筑物点放在 building 层等，其中重点是要分出地面点，从而生成 DEM ⑵ 实验过程 激光点分类的主要流程如下： ① 设置分类层TerraScan—General—Define Classes，根据数据后处理的 需求设定不同的点层，并设置该层描述语、编号、颜色等显示信息 图 10 分类设置对话框 ② 提取噪声点TerraScan—Classify—Routine—Air points，主要是提取 空中的云、鸟等噪声点，这些点明显高于周围点的平均高程，但是其中很有可能 把空中的电力线、通信线等也提取出来因此，提取噪声点后要检查分类是否准 确其原理是若中心点高于周围点的平均高程限差，则该点确定为噪声点 图 11 分类空中点对话框 ③ 提取低点TerraScan—Classify—Routine—Low points，这一步主要 是提取因为多路径反射而产生的比实际点位低的错误点， 其原理是给定一个点作 为中心点，指定范围的点与其进行高程比较，若明显低于指定范围内的点，那么 这个点被确定为低点。

图 11 分类低点对话框 ④ 提取地面点TerraScan—Classify—Routine—Gound，提取地面点是 分类中最关键的一个步骤， 主要是通过反复迭代建立地面三角网模型来分离出地 面点在算法上包括两个阶段：首先，在分离出低点的基础上，软件在一定范围 内搜寻初始地面点来建立一个初始模型， 并在这些点之间构建临时的 TIN 模型； 其次，在原来初始模型的基础上，抬高模型，如果某些点和 TIN 之间的角度和 距离符合预设的参数，将会增加这些新的点到原来构建的 TIN 模型中，每个增 加的点使得模型越来越接近真实的地面 图 12 分类地面点对话框 也可以运用 Micro 滤波获取地面点 图 13 运用 Micro 滤波获取地面点 ⑤ 其他地物点地面以上地物点的提取是建立在地面模型基础上的，主要 通过其高度来进行分类 植被点和电力线点在根据高度分类之后，要人工分别区 分开来建筑物点的分类由程序自动进行，再加以人工辅助修改一般情况下， 机载激光用于扫描地形，水面反射接收到的激光点很少，所以，激光点很离散稀 疏的就判断为水域，再参考影像来确定水域的形状边界等信息 Add 按钮→ Add 按钮→ Add 按钮→ 图 14 分类植被点对话框 运行宏即可得到分类的植被点。

Add 按钮→ 图 15 分类建筑点对话框 运行宏即可得到 building 类 ⑥ 点云数据的交互编辑 现有的软件尽管对点云数据可以进行大部分的自动分类处理， 但是由于地面 的复杂性和点云数据的随机性， 自动处理算法无法保证完全的可靠性，因此自动 分类完成后，对比较特殊及复杂的地形及目标，特别是陡坎、建筑物与树木交界 处、植被以及水域等仍需要进行人工交互编辑 在经过程序自动分类之后， 还要进行人工辅助编辑修改完善等后续工作来使 分类更精确TerraScan—Classify—Routine—Assign，可参照模型和影像来进 行编辑修改，建立地面模型 DEM 和表面模型 DSM，两个模型比较来判断激光 点的分类是否准确且贴合地形，不容易判断的区域参考影像来确定属于哪一类 4 机载 LiDAR 数据处理——DEM 生成 上次实验通过滤波从激光点云数据分离出地面点，并把地面点放在 ground 层，本次实验将利用地面点生成 DEM ⑴ 加载 Tmodeler 模块； ⑵ 利用 TScan 模块加载已滤波数据； ⑶ 图 16 利用地面点生成 DEM 对话框 ⑷ 图 17 利用地面点生成 DEM 对话框 ⑸ 图 18 利用地面点生成 DEM 对话框 。