探讨机载LiDAR点云数据的点云修复与点云检测
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">摘要：对机载LiDAR点云数据的生产流程及结构进行了介绍，全面分析了点云数据在生产中的必要<span style="color: black;">检测</span>项目，并针对性的给出点云<span style="color: black;">检测</span>问题的修复<span style="color: black;">办法</span>。<span style="color: black;">同期</span>，<span style="color: black;">仔细</span>描述了在MATLAB环境下实现对点云数据<span style="color: black;">检测</span>及修复的流程，并给出部分参考代码。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">关键词： 参考代码 机载LiDAR 测绘学 点云修复 点云<span style="color: black;">检测</span></p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">机载LiDAR技术因其直接<span style="color: black;">测绘</span>、高精度、<span style="color: black;">有效</span>率、多回波等特点在获取地表数据方面有着独特的<span style="color: black;">优良</span>，在建筑物建模、带状线路<span style="color: black;">测绘</span>、林木植被提取、潮间带测绘等<span style="color: black;">行业</span>已得到越来越广泛的应用。然而，随着生产项目的<span style="color: black;">持续</span>丰富和<span style="color: black;">科研</span>的深入，<span style="color: black;">发掘</span><span style="color: black;">做为</span>机载LiDAR<span style="color: black;">重点</span>测绘成果之一的点云数据在后期处理时<span style="color: black;">常常</span>问题频发，如点云重复、时间或航线等属性丢失、坐标有误、点云<span style="color: black;">归类</span>前后数量不一致等等，而<span style="color: black;">日前</span>常用的如TerraSolid,LAS++,ENVILiDAR,CloudCompare,LiDAR-Suite等点云数据处理软件并未具备<span style="color: black;">处理</span>这类<span style="color: black;">拥有</span><span style="color: black;">必定</span>针对性问题的功能。为此，系统地从点云数据的<span style="color: black;">检测</span>到对其修复进行<span style="color: black;">科研</span>，是<span style="color: black;">拥有</span>重要现实<span style="color: black;">道理</span>和应用价值的。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">1、机载LiDAR点云数据</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">1.1生产流程</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">用于生产的点云数据需经航飞获取的姿态、测距等信息按作业航线及构架线联合解算<span style="color: black;">得到</span>，且需<span style="color: black;">经过</span>外业检核点的精度检核，之后再按需进行分区分块、滤波、细<span style="color: black;">归类</span>等操作，<span style="color: black;">最后</span>经质检合格才投入应用，对其生产流程描述如图1所示。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">图1机载LiDAR点云数据生产流程</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">值得说明的是，其中，经外业检核点验证精度合格后的航带点云数据，在按<span style="color: black;">实质</span>进行分块、滤波以及细<span style="color: black;">归类</span>等操作后，仍需经过全面的质检，其中一部分<span style="color: black;">重点</span>的工作即为对点云数据的<span style="color: black;">检测</span>。相应的，<span style="color: black;">倘若</span><span style="color: black;">发掘</span>存在问题，则就要进行必要的修复。本文<span style="color: black;">亦</span>正是针对这一环节中的点云数据<span style="color: black;">检测</span>和点云数据修复工作展开的<span style="color: black;">科研</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">1.2数据结构</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">随着技术的<span style="color: black;">持续</span>发展，点云数据<span style="color: black;">包括</span>的信息<span style="color: black;">亦</span><span style="color: black;">逐步</span>丰富，<span style="color: black;">包含</span>空间坐标、时间戳、<span style="color: black;">归类</span>号、所属航线、扫描角、回波次数、回波强度、RGB值等等，相应的，其对存储的文件<span style="color: black;">亦</span>提出了更高的<span style="color: black;">需求</span>。由美国摄影<span style="color: black;">测绘</span>与遥感协会制定的<span style="color: black;">做为</span>点云存储及交换的LAS格式，<span style="color: black;">拥有</span>结构清晰、储存空间节约、可扩展等特点。<span style="color: black;">日前</span><span style="color: black;">已然</span>被各软、硬件厂商<span style="color: black;">广泛</span>接受，且应用越来越广泛，<span style="color: black;">亦</span>吸引了较多学者利用C++,IDL,MATLAB等解析语言，基于PCL,OpenGL,ArcGIS等平台展开<span style="color: black;">科研</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">区别</span>的LAS版本结构存在差异但均<span style="color: black;">包括</span>公共头文件、可变长度记录及点数据几部分内容，以常用的LAS1.2格式为例，解译后的点云数据<span style="color: black;">包括</span>如表1所示的信息。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">表1机载LiDAR点云数据样式</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">2、数据<span style="color: black;">检测</span></p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">通常</span>的，在确认点云工程的坐标形式、<span style="color: black;">归类</span>原则等基本<span style="color: black;">需求</span>(属性)后，无论何种操作，都应当<span style="color: black;">保准</span>修改前后点云数据的属性完整性、坐标正确性、数量一致性以及文件的高匹配度。除此之外，仍需要对点云数据中的重复<span style="color: black;">状况</span>以及<span style="color: black;">归类</span><span style="color: black;">状况</span>进行<span style="color: black;">检测</span>。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">经过</span>修改前后的点云数据对比，<span style="color: black;">详细</span>如下:1)属性完整性<span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">包含</span><span style="color: black;">检测</span>时间属性、回波属性、航线属性、扫描角属性<span style="color: black;">是不是</span>缺失;2)坐标正确性<span style="color: black;">检测</span>指的是<span style="color: black;">检测</span>修改前后的点云数据坐标信息<span style="color: black;">是不是</span>一致;3)数量一致性<span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">重点</span>用于<span style="color: black;">检测</span>点云数据的数量变化;4)文件匹配度<span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">重点</span><span style="color: black;">指的是</span><span style="color: black;">经过</span>组合坐标、时间及回波位置的方式，在确<span style="color: black;">选定</span>云数据<span style="color: black;">独一</span>的前提下(<span style="color: black;">已然</span>过<span style="color: black;">实质</span>检验该种组合<span style="color: black;">能够</span>确定<span style="color: black;">独一</span>)，计算前后文件的匹配<span style="color: black;">状况</span>(可侧面<span style="color: black;">检测</span>时间属性<span style="color: black;">是不是</span>改变);5)点云重复<span style="color: black;">状况</span><span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">重点</span>用于<span style="color: black;">发掘</span>点云数据中<span style="color: black;">是不是</span>存在无<span style="color: black;">道理</span>的重复点;6)点云<span style="color: black;">归类</span><span style="color: black;">状况</span><span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">重点</span>顾及到点云细<span style="color: black;">归类</span>的标准，为了<span style="color: black;">知道</span>修改后点云数据中各类别的统计<span style="color: black;">状况</span>，这一<span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">能够</span>从数量上直观<span style="color: black;">发掘</span><span style="color: black;">归类</span><span style="color: black;">是不是</span>有误。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">3、数据修复</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">针对点云数据的<span style="color: black;">检测</span><span style="color: black;">状况</span>，数据修复<span style="color: black;">重点</span>为<span style="color: black;">认识</span>决<span style="color: black;">有些</span><span style="color: black;">拥有</span>针对性的问题，如前文所提及的时间属性恢复、坐标恢复、点云去重以及其他层点云的恢复。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">详细</span>的，数据的修复仍是在确定<span style="color: black;">独一</span>的前提下，<span style="color: black;">经过</span><span style="color: black;">选取</span>性的组合坐标、时间及回波位置的方式，对比修改前后的点云数据文件，实现时间属性、坐标属性等的恢复以及点云的去重。<span style="color: black;">例如</span>，当要进行点云数据的时间属性修复时，可<span style="color: black;">按照</span>坐标及回波位置的组合来确<span style="color: black;">选定</span>数据的<span style="color: black;">独一</span>性;当要进行点云数据的坐标信息恢复时，则可采用组合时间、回波位置及强度的方式来确定<span style="color: black;">独一</span>。<span style="color: black;">显著</span>的，<span style="color: black;">倘若</span>处理后的点云数据损坏严重或属性丢失严重，则将<span style="color: black;">没法</span>进行修复。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">4、<span style="color: black;">详细</span>实现</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">4.1实现流程</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">因为</span>点云数据的特点，其<span style="color: black;">能够</span>很好的用行×列的矩阵形式来<span style="color: black;">暗示</span>，为了实现<span style="color: black;">以上</span>功能，在MATLAB环境下进行相应设计并完<span style="color: black;">成为了</span><span style="color: black;">研发</span>工作。<span style="color: black;">重点</span>的实现流程如图2，图3所示。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">图2MATLAB环境下点云数据<span style="color: black;">检测</span>流程</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">图3点云数据修复流程</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">实质</span>中，输出的点云<span style="color: black;">检测</span>报告为Excel中的．xls或．xlsx格式文件，<span style="color: black;">区别</span>的<span style="color: black;">检测</span>项目分别存储在<span style="color: black;">区别</span>的工作簿中，这<span style="color: black;">亦</span>为后续的操作<span style="color: black;">极重</span>地<span style="color: black;">供给</span>了方便。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">而在点云数据修复中，重点在于用何种属性来<span style="color: black;">独一</span>的确定一个点，上图中的各组合方式已<span style="color: black;">经过</span><span style="color: black;">实质</span>验证。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">4.2实现代码</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;"><span style="color: black;">这儿</span>在点云数据的<span style="color: black;">检测</span>中，以数量差异以及类别统计为例;在点云修复中，以修复时间属性为例，<span style="color: black;">供给</span>部分代码如下:</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">需要说明的是，<span style="color: black;">以上</span>代码中的start＿1和start＿2为<span style="color: black;">经过</span>读取LAS格式点云文件，参考表1样式整理的分别对应要修复及处理前的点云数据。</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">5、结语</p>
<p style="font-size: 16px; color: black; line-height: 40px; text-align: left; margin-bottom: 15px;">机载LiDAR技术应用广泛且在搭载设备的可选性、获取数据的丰富程度、点云数据的密度及精度<span style="color: black;">提高</span>等方面仍有很大的发展空间。结合<span style="color: black;">实质</span>生产，本文针对机载LiDAR点云数据的<span style="color: black;">检测</span>及修复工作所开展的<span style="color: black;">科研</span>有效地完善了<span style="color: black;">做为</span>该技术<span style="color: black;">重点</span>测绘<span style="color: black;">制品</span>之一的点云数据的生产流程，文中所描述的<span style="color: black;">关联</span>理论及程序已在多个项目中得到验证和应用，这<span style="color: black;">亦</span>为<span style="color: black;">关联</span>的<span style="color: black;">科研</span>者<span style="color: black;">供给</span>了<span style="color: black;">必定</span>参考，后期针对点云数据的处理工作仍将<span style="color: black;">持续</span>挖掘以期<span style="color: black;">供给</span>更加有益的<span style="color: black;">处理</span><span style="color: black;">方法</span>。</p>
祝福你、祝你幸福、早日实现等。
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