激光遙感數(shù)據(jù)處理實驗報告

本科遼寧生樊習(xí)報學(xué)告書實習(xí)題目激光遙感數(shù)據(jù)處理教學(xué)單位專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師實習(xí)時間1TerraSolid軟件認(rèn)識一、實驗?zāi)康呐c內(nèi)容：目的安裝MicroStation、TerraSolid軟件，初步熟悉軟件各個模塊的功能。內(nèi)容軟件安裝與解密；了解各個功能模塊的主要功能；熟練應(yīng)用軟件進行點云數(shù)據(jù)的基本操作；參考資料：Tscan0.pdf及視頻。二、實驗過程：TerraSolid系列軟件是第一套商業(yè)化的Lidar數(shù)據(jù)處理軟件，基于MicroStation開發(fā)運行。TerraSolid系列軟件主要有TerraScan,TerraPhoto,TerraMatch,TerraModeler等模塊來共同處理激光雷達點云數(shù)據(jù)和影像。用戶可以根據(jù)不同的需要選擇不同的模塊。因此要先安裝MicroStation。1軟件的安裝安裝MicroStation。運行ms08050270en.exe，按照程序指示完成安裝；拷貝msv8.lic復(fù)制到C:\ProgramFiles\Bentley\Program\Licensing文件夾下，完成MicroStation的解密；再運行setup.exe，選擇TerraScan,TerraPhoto,TerraMatch,TerraModeler四項完成四個模塊的安裝；拷貝license目錄下四個解密文件到C:\terra\license文件夾下，完成TerraSolid軟件解密。2軟件運行和加載雙擊桌面快捷方式MicroStation,運行軟件。系統(tǒng)主界面如下圖1所示。選擇菜單UtilitiesTMDLAplicati調(diào)出MDL對話框，如圖2所示。選擇TSCAN，點擊load按鈕，完成TerraScan的加載。同理可完成TerraPhoto,TerraMatch,TerraModeler3個模塊的加載，然后進入各個模塊的使用界面。FileE^ditElementSettingsToolsUtilitiesWorkspaceWindowHelp|DefaultX:12.2800rY:12.2234rZ:10.0000FileE^ditElementSettingsToolsUtilitiesWorkspaceWindowHelp|DefaultX:12.2800rY:12.2234rZ:10.0000r回，◎，?3View4-Right,（=）II回||S3|圖1MicroStation系統(tǒng)主界面圖2MDL對話框3、各個模塊功能介紹Terrasolid系列由TerraScan、TerraMode、TerraPhoto、TerraSlave、TerraMatch、TerraSurvey等組成，來共同處理激光雷達點云數(shù)據(jù)和影像。用戶可以根據(jù)不同的需要選擇不同的模塊，一般最常用的就是TerraScan和TerraModeLTerraScan能裝載和處理大量的LIDAR數(shù)據(jù)，它的主要功能是根據(jù)點的坐標(biāo)、強度、同一激光的首末反射值等信息將大量激光掃描測量數(shù)據(jù)進行分類、濾波。它可以根據(jù)一定的分類標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)λ械狞c

進行批處理。另外它還可以象AutoCAD那樣很方便地利用鼠標(biāo)編輯圖形，從不同角度觀察圖形。但TerraScan軟件僅有一個濾波器，采用的是基于坡度的濾波理念。TerraMatch用于解決IMU飛行姿態(tài)參數(shù)，確定飛行姿態(tài)，用于系統(tǒng)檢校/航帶平差。TerraModel是用來生成和處理各種表面模型的，可用于計算體積、面積，生成等高線、輪廓線，洪水淹沒計算。TerraPhoto用來處理原始數(shù)碼影像。將飛機的飛行數(shù)據(jù)文件（包括飛機位置、姿態(tài)、拍攝時間、影像排列等數(shù)據(jù)）、影像數(shù)據(jù)文件及地面數(shù)字模型文件輸入系統(tǒng)，必要時還可以將外控數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，該軟件將根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行全自動空三平差、鑲嵌，形成彩色正射影像圖。4、軟件基本操作①數(shù)據(jù)讀取與顯示。從TerraScan菜單欄選擇File^ReadPoints即可打開選擇文件選擇對話框在數(shù)據(jù)目錄雙擊A.las，點擊Done按鈕，軟件將會讀入數(shù)據(jù)，并在Microstation的View對數(shù)據(jù)進行顯示m匚FileOutputPointViewClassilyToolsFlightlineElementS葛a.las-275611points|m匚FileOutputPointViewClassilyToolsFlightlineElementS葛a.las-275611points|■=,||回Help

~r田迅雷7Y:[553923T碧Elements...亙亙亙@TOf：J?uzALdNoElementsFound減[fl(DefaultViev一Displaymode可對點云數(shù)據(jù)的不同顯示模式進行查看?？晒┻x擇的方式有：類、回波、高程、強度、距離、渲染等。在Displaymode中，可以對每個窗口的顏色以及顯示方式進行設(shè)置，如下圖所示：

巳Displaymode|□|l~回Weight:Lines:Drawall—Speed:-部日網(wǎng)pnintiLJsedepthAllsI區(qū)Default區(qū)GroundOLowvegetationInvert區(qū)Mediumvegetation舊Highvegetation區(qū)Building因LowpointOModelkeypointsApplyIAflviewsI▼卜③General、ViewLaser工具箱To:Use:Changen&ersettings回5加姓Definecooidinntetan?eandf*ahitian笠）DeflnsCoordifiatcSetupDefinepointand±a\ving^ihbclo?}-'DefinsClaussDefinepiojectorpieces^blocksDe/rjiaPrefectMtuiHEetrajectoiiesofscnnnei'flightpathManage.T?afect&riesLoadpointsfromaiibomescannerLoadAirbofjisF口由巨Loadpoint:fromgroundbasedscanner|.L|LoadGroundPoui話Vie^viufcinutionaboutTenaScanAboitTIe>TaScn^Vie^vcn-linehelpHelp奶Ten'aScanTo:Use:Rjctate\ie\vtoslic-wjDsection,-r]口FiDV.油YE]Mo1.-?fbnvatdctbaclciVFijdinactionviewRjctatea^ecticutinarounditscenter.盧RotafeSecitonCutperpendicularsectiai&amsection\ie\v-|^-|CutSectionIiavelMangpathanddisplaysectionsR7]KwMM：由！Defineautomatic^uchicxuizatiatiof-Sl-7IC>i>'^r2JreIVsh-'；Measmepointdensiryr::..JMeasurePaintDensity-Rjecomputeclisranceccloi^andupdate\ie^vsUpdate.DistanceColony2機載LiDAR數(shù)據(jù)處理——系統(tǒng)檢校一、實驗?zāi)康募皟?nèi)容：實驗?zāi)康模航Y(jié)合課程介紹系統(tǒng)檢校原理，掌握基于軟件進行系統(tǒng)檢校的方法和步驟。實驗內(nèi)容：在TerraMatch，模塊下，進行系統(tǒng)檢校。二、實驗過程：檢校的最終目標(biāo)是要確定所有的系統(tǒng)誤差并對所求的原始點數(shù)據(jù)進行改正，使其只剩下隨機誤差。對每次飛行需要檢校的誤差主要是安置誤差，其隨飛行的次數(shù)、時間以及儀器的安裝等因素而變化。打開數(shù)據(jù)：口7口qa-秋旦口書S■M4ITEI?JJsedepthAlign|InvertAll明|□tp，:夕7口7口qa-秋旦口書S■M4ITEI?JJsedepthAlign|InvertAll明|□tp，:夕7c甲gr4ODefault□GroundEJLowvegetationQMediumvegetation岡HighvegetationE3BuildingEJLowpoirit岡ModelkeypointsView:1Colorby:FlightlineDisplaymode|cz>|'回FitColors...—■1L7K/S.222K/SalHHlHH00FileEditElementS§TerraScan-1363633points|a|回'|S3|IHelp|[：|efault|.FileOutputPointViewClassifyToolsFlightline_ros日昌x盼ejc—l嚏？Y:[55394601邕岐言亙[廠Depth:10.00廠Applyto:View4Weight:Lines:DrawallPointsloadedHApplyUAllviewsPointsloadedHApplyUAllviews|l￡]Default~_d&U|@|E|B|業(yè)Displaycomplete加載TerraMatch，進行系統(tǒng)檢校與加載TerraScan步驟相同，加載TerraMatch，開始系統(tǒng)檢校。系統(tǒng)檢校的操作：1、導(dǎo)入軌跡文件。選擇左側(cè)工具欄中的Setting—ManageTrajectories』File—Setdirectory，選擇所用的數(shù)據(jù)文件，即完成了導(dǎo)入軌跡文件。2、畫航線。在ManageTrajectories中，選擇Tools—DrawTrajectories,則顯示了航線。3、在TerraMatch中，點擊Setting—Measurematch，在Use中選擇Loadedpoints,Useclasses中選擇Ground,完成后，則會顯示Measurereport其中Averagemagnitude為0.09988。4、開始進行航帶平差，仍然在TerraMatch中，點擊Setting—Findmatch,在solvefor中，將Headingshift，Rollshift，Pitchshift三個選項劃勾。然后點OK，則開始系統(tǒng)檢校，過程會顯示如下界面：20:48廠再□■呻||@||回|W■MicroStation[>gRFile.dgn(3D-‘V8DGN)-MicrcjStationV￡2004Edition(未響幽FileEditElementSettingsToolsUtilitiesWorkspaceApplicationsWindowIHelp碧FindMate...|口||回5539536.E.2S3~F宜|Terra20:48廠FileEditElementSettingsToolsUtilitiesWorkspaceApplicationsWindowIHelp碧FindMate...|口||回5539536.E.2S3~F宜|TerraScan-1088022pointsFileO^utputPointViewClassifyToolsFlightlint司|M|TMatch叵|EndtimeIdentify|?Default)5550.000)5642.00035745.000固Displaymode|口||回~||S3|View:1|只Colorby:Flightline|Colors...ApplyI削vie雌|▼k駕TrajectoriesE:任麗英'激光遙奉孀處理\terra,,,|<=>\回|S3FileTrajectoryViewTools芻Processing°II回S3|Iterationround2zso^ai.uuuWeight:|Lines:DrawallSpeed:Fa$t-sparsepoints|VLLsedepthAlig_n|「區(qū)DefaultQJGroundQJLoiaivegetationInvert|區(qū)Mediumvegetation1E3HighvegetationE3Building_Q]LoiaipointAllOff|Q]ModelkeypointsShowlocation5、應(yīng)用檢校結(jié)果。上述過程完成后，會出現(xiàn)Applyresults,可以將這個結(jié)果保存，點擊OK,則將結(jié)果應(yīng)用在數(shù)據(jù)中，完成系統(tǒng)檢校。完成了系統(tǒng)后，可發(fā)現(xiàn)原來各個航帶存在的偏差，會減小。如圖所示：TMatch?眾卜L另如下圖所示Us$dloadedpcii卷

Averagemagnitude:Flightline12340.02705為0.02705,Points14040010461684另如下圖所示Us$dloadedpcii卷

Averagemagnitude:Flightline12340.02705為0.02705,Points14040010461684迎84734Magnitude0.032^0.03390.01S20.0103Ds-0.01^2+0.0196■0.0006-0.0033、實驗?zāi)康呐c內(nèi)容:掌握軟件濾波分類方法。運用軟件對點云數(shù)據(jù)進行濾波、分類。二、實驗方法與過程：1實驗方法：人工交互編輯的目的是剔除自動濾波，自動分類沒有濾掉的部分粗查和未分類正確的激光點，為了便于人工作業(yè)，工程化的海量數(shù)據(jù)處理需要界面更友好、處理效率更高的選定工具和算法。在對點云數(shù)據(jù)進行分類處理前，首先應(yīng)當(dāng)對數(shù)據(jù)進行檢驗，剔除錯誤的點和高程異常的點，如特別低的點（地面以下的點）或特別高的點（云或飛行中的鳥）。然后建立地面數(shù)據(jù)類型，分離出非地面的數(shù)據(jù)。再根據(jù)顧客的要求，對非地面數(shù)據(jù)進行分類，如建筑物類數(shù)據(jù)、輸電線路數(shù)據(jù)、鐵路類數(shù)據(jù)等等。另外，可以根據(jù)高出地面的高度對非地面點數(shù)據(jù)進行分類，如可以對不同的植被進行分類。最后輸出分類的數(shù)據(jù)。機載LiDAR航飛獲取的原始激光數(shù)據(jù)在經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理之后就是海量的激光點云數(shù)據(jù)，這些點云數(shù)據(jù)包括地面點、植被點、建筑物點、水域點、其他地物點以及噪聲點，且都在同一個數(shù)據(jù)層。激光點云數(shù)據(jù)分類就是要將這些點放在預(yù)先定義的數(shù)據(jù)層中，比如，地面點放在ground層，植被點放在vegetation層，建筑物點放在building層等，其中重點是要分出地面點，從而生成DEM。2實驗過程：激光點分類的主要流程如下：1、設(shè)置分類層。根據(jù)數(shù)據(jù)后處理的需求設(shè)定不同的點層，并設(shè)置該層描述語、編號、顏色等顯示信息。

2、提取噪聲點。主要是提取空中的像云和鳥等噪聲點，這些點明顯高于周圍點的平均高程，但是其中很有可能把空中的電力線、通信線等也提取出來，所以，提取噪聲點后要檢查分類是否準(zhǔn)確。其原理是若中心點高于周圍點的平均高程限差，則該點確定為噪聲點。3、提取低點。這一步主要是提取因為多路徑反射而產(chǎn)生的比實際點位低的錯誤點，其原理是給定一個點作為中心點，指定范圍的點與其進行高程比較，若明顯低于指定范圍內(nèi)的點，那么這個點被確定為低點。4、提取地面點。提取地面點是分類中最關(guān)鍵的一個步驟，主要是通過反復(fù)迭代建立地面三角網(wǎng)模型來分離出地面點。在算法上包括兩個階段，第一，在分離出低點的基礎(chǔ)上，軟件在一定范圍內(nèi)搜尋初始地面點來建立一個初始模型，并在這些點之間構(gòu)建臨時的TIN模型；第二，在原來初始模型的基礎(chǔ)上，抬高模型，如果某些點和TIN之間的角度和距離符合預(yù)設(shè)的參數(shù)，將會增加這些新的點到原來構(gòu)建的TIN模型中，每個增加的點使得模型越來越接近真實的地面。也可以運用Micro濾波獲取地面點:■aerostepAction:匚沽能ifypointsRoutinedGroundOKCancel舀Macro5、其他地物點。地面以上地物點的提取是建立在地面模型基礎(chǔ)上的，主要通過其高度來進行分類。植被點和電力線點在根據(jù)高度分類之后，要人工分別區(qū)分開來。建筑物點的分類由程序自動進行，再加以人工輔助修改。一般情況下，機載激光用于掃描地形，水面反射接收到的激光點很少，所以，激光點很離散稀疏的就判斷為水域，再參考影像來確定水域的形狀邊界等信息。■aerostep^ction:Houtine:的c：麻s0KCancelAdd按鈕一thuifybyitelfllit(ramioround■aerostepAction:，Routine:Cla演曲pnintsByheight■aerostep^ction:Houtine:的c：麻s0KCancelAdd按鈕一thuifybyitelfllit(ramioround■aerostepAction:，Routine:Cla演曲pnintsByheightfrcimgrciundOKCancelAdd按鈕一CVH.dAdd按鈕一4"遍ii就冊litl&ciLili：■.Hljh呵刑血＜1*r航曲品ik?孺^MinMil：I?與11-tnM埋岫刪I瑚用啪運行宏即可得到分類的植被點。daulfybirildlnv^Dcffidw*:5,H|ghvi礎(chǔ)jlifn亍Ipcknt:—VtfrwMmun:|4p_rtfbuMhgZldmMt;1tfrwMmun:|4p_rtfbuMhgZldmMt;103V'tn「［jifltchariMn^ionAdd按鈕一運行宏即可得到building類。6、點云數(shù)據(jù)的交互編輯現(xiàn)有的軟件盡管對點云數(shù)據(jù)可以進行大部分的自動分類處理，但是由于地面的復(fù)雜性和點云數(shù)據(jù)的隨機性，自動處理算法無法保證完全的可靠性，因此自動分類完成后，對比較特殊及復(fù)雜的地形及目標(biāo)，特別是陡坎、建筑物與樹木交界處、植被以及水域等仍需要進行人工交互編輯。在經(jīng)過程序自動分類之后，還要進行人工輔助編輯修改完善等后續(xù)工作來使分類更精確?？蓞⒄漳Ｐ秃陀跋駚磉M行編輯修改，建立地面模型DEM和表面模型DSM，兩個模型比較來判斷激光點的分類是否準(zhǔn)確且貼合地形，不容易判斷的區(qū)域參考影像來確定屬于哪一類。4機載LiDAR數(shù)據(jù)處理——DEM生成一、實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容：掌握軟件生成DEM的方法。運用軟件對地面點數(shù)據(jù)生成DEM產(chǎn)品。二、實驗方法和過程：上次實驗通過濾波從激光點云數(shù)據(jù)分離出地面點，并把地面點放在ground層，本次實驗將利用地面點生成DEM。⑴加載Tmodeler模塊⑵利用TScan模塊加載已濾波數(shù)據(jù)CreateeditableModel1Default▲2Ground3Lowvegetation4Mediumvegetation5Highvegetation—6Building7LowpointrS.caleelevationsr[nsidefenceonlvModelclasses^OKCancelSurfacesettingsSurfaceinformation業(yè)網(wǎng)GrciundN.ame:|▼1StorageFile:|match.tOO絳|Cancel⑶SDisplayBode匚］區(qū)］View:1FitColorbv：匚扇wColors...I.■IWeight:Lines:DrawallSjzieed:Mormal?削poipts|廠IJsedepthAllOnInvertAllOff□□□□□□□□網(wǎng)函二11DefaultGroundLowvegetationMediumYegetationHighvegetatiunBuildingLowpuintModelkevpointsAllviewsNamePointsSurfaces1625374-143.03..+154.66Saved0FileE_ditUtilityT_ooleViewHelpElevationsStatus5地面三維激光掃描一、實驗?zāi)康呐c內(nèi)容運用三維激光掃描儀掃描建筑或者雕像，獲取點云數(shù)據(jù)。掌握對目標(biāo)進行掃描的技術(shù)。二、實驗方法與過程：1實驗方法：地面三維激光掃描使用三維激光掃描系統(tǒng)。三維激光掃描系統(tǒng)主要激光掃描儀、pc機、電源和三角架組成。地面激光掃描儀本身主要包括激光測距系統(tǒng)和激光掃描系統(tǒng)，同時集成CCD和儀器內(nèi)部控制和校正系統(tǒng)。激光三維掃描儀通過向物體表面發(fā)射激光束，以激光定位原理精確測量物體表面點的坐標(biāo)。另外，為了后續(xù)的數(shù)據(jù)處理點云拼接的進行，采用在掃描儀掃描的視場內(nèi)配置測量標(biāo)靶或基于不同測站共用的測量公共控制點的方法。整個的掃描流程為：選點、設(shè)站、連接電源、量儀器高、用徠卡Cyclone-SCAN軟件控制掃描儀、選取掃描范圍、選取掃描目標(biāo)、掃描并生成點云。2實驗過程：1、掃描前的準(zhǔn)備工作針對需要掃描的目標(biāo)確定掃描的測站數(shù)和測站位置，以及控制標(biāo)靶（用來匹配每站掃描的點云）的個數(shù)和位置。2、掃描在選定的測站上安置Cyrax三維激光掃描儀，調(diào)整好掃描儀面對的方向和傾角。用網(wǎng)線將掃描儀和計算機連接好，打開掃描儀的電源開關(guān)。掃描儀的掃描過程由Cyclone軟件控制，通過集成的數(shù)碼相機得到掃描對象的影像，在影像圖上選擇掃描區(qū)域。設(shè)置好掃描參數(shù)（行數(shù)、列數(shù)、掃描分辨率等）,掃描儀自動進行掃描。6點云數(shù)據(jù)處理、實驗?zāi)康呐c內(nèi)容:運用三維激光掃描儀掃描建筑或者雕像，獲取點云數(shù)據(jù)。掌握對目標(biāo)進行掃描的技術(shù)。二、實驗方法與過程:地面三維激光數(shù)據(jù)處理使用Cyclone軟件，Cyclone是市場上首款為激光掃描儀提供放樣功能的軟件模塊，Cyclone軟件包括SCAN（數(shù)據(jù)獲取模塊）、REGISTER（點云拼接模塊）、SURVEY、MODEL、CloudWorx、PUBLISHER、TOPO11（數(shù)據(jù)提取與分析模塊）、數(shù)據(jù)輸出模塊（輸出二維或三維圖，線畫圖，點云圖，三維模型，ASCll坐標(biāo)數(shù)據(jù)等）。用戶使用該軟件不僅可以高效率地控制徠卡測量系統(tǒng)的多種HDS掃描儀進行實體物件的掃描測量，而且它還具有為激光掃描儀提供放樣的軟件模塊。1數(shù)據(jù)查看:1、先將數(shù)據(jù)加載到軟件中2、然后可進行點云數(shù)據(jù)的查看itrol:

ject\Cyclane-NavigatorFileEditViewConfigureCreateToolsHelp-SERVERS-嘖GU0YIYA1IG-FC-fJEuitEtone-_Project1+ScanWorld1-ScanWorld2+勻ControlSpace-_|MuilplSpacHZ-4^MudelSpace[ScbtiWor1d2]

j1'Scan匚uritrul:itrol:

ject\Cyclane-Navigator+_JSc：±TlS+_JImages+；A/Sc：±tl,iii,or1d+；A/ScanWorld[Registrati+RegistratianGUOYIYANG-FC(unEhared)_JSHORTCUTS_JSCANNERS

2、進入registration添加要拼接的掃描站(addscanword)到右邊的空白框中刃SelectScanWorldsforRegistrationProiect1S-E-.E-E-^TS