运用机载雷达生产3D产品技术流程探讨

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　　摘要本文分析了机载雷达系统的组成、特点，阐述了运用机载雷达进行3D产品生产的
　　技术流程和主要技术环节，并提出了生产中的注意事项。
　　关键词机载雷达；3D产品；生产流程
　　0 引言
　　机载雷达系统作为新一代的航空遥感系统，集成了GPS、IMU、激光扫描仪、航空数码相机、中心控制单元等设备,是一种集激光，全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一身的系统，可以快速、高精度、高密度的获取地面数码影像及其匹配的三维点云坐标数据，无需（或少量）地面控制即获取了像片的外方位元素，通过对点云数据进行精确分类，并进行POS辅助空三加密，即可生产出高精度的3D（DEM、DSM、DOM）产品，简化了常规航测成图的复杂工序，减少了外业测量工作量，降低了成本，缩短航测成图周期。
　　 1 DSM和DEM生产流程
　　（1）对激光点三维数据进行地表和地面 激光点的分类处理； （2）生成粗imagelist，直接利用未空三加密的imagelist文件快速生成粗数字正射影像；
　　（3）参考粗数字正射影像，对分类后的激光点三维数据进行检查，纠正前期分类错误的激光点；
　　（4）对地面激光点构建三角网模型，按规定的格网间距内插为数字高程模型；对地面和建筑物、树木、桥梁等地上构建物对
　　应的所有激光点构建三角网模型，按规定的
　　格网间距内插为数字表面模型。
　　2 DOM生产流程
　　（1）原始航片调色、匀色；
　　（2）POS辅助空三加密，添加连接点并不断调整，使公共加密点较差满足精度要求。
　　（3）通过生成的连接点文件，对原始影像的三个角度外方位元素进行优化调整；
　　（4）对正射纠正的影像进行拼接线修改和优化，使不同航片在接边处不穿过建筑物、树木等非地面地物，保证地物影像的完整、自然；
　　（5）在拼接线处对影像进行色调修改和平衡，使整幅正射影像色调自然、均匀；
　　（6）对生成的数字正射影像进行架空桥梁等地物出现的拉花、错位、变形等情况进
　　行修正，并最后输出数字正射影像成果。
　　
　　3 主要技术环节
　　（1）数据获取
　　机载雷达的激光器产生并发射一束离散的光脉冲，接收器会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲，并准确地记录传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以传播时间即可被转换为对距离的测量。从GPS能得到激光器的位置，从INS能得到激光的始发方向，也就获得了激光器的高度和激光扫描角度，就可以准确地计算出每一个地面光斑的三维坐标X、Y、Z。同时，航空数码相机进行相匹配的拍照，就能够计算出每张像片的外方位元素。
　　（2）激光点云的自动分类方法（TERRASCAN）及优化
　　激光点云一般采用TERRASCAN软件进行自动分类。为了提高自动分类的精度，减少后期点云手工分类时的工作量，针对分类算法中对各项不同参数包括Max building size(m)、Terrain angle(degree)、Iteration angle(degree)、Iteration distance(m)等进行不同设定以适应不同地形如城区建筑物密集地区、农田田埂地区、池塘较多地区、植被密集地区等不同地形特点的优势，定制四套自动分类方案，技术参数设置如下：
　　
　　（3）空三加密
　　机载雷达系统以点云数字地面模型为参考，通过POS系统直接进行全自动的空三加密，整个产品的制作完全不需要外业像控点，也不需要建立立体像对。空三加密完全是在航片中添加tie points（基本定向点）完成，只需要计算公共加密点的较差，对基本定向点的指标进行分析和评价即可。
　　4 生产中的注意事项
　　（1）分类时，以点云切剖面为主要依据，DOM仅作参考；
　　（2）精确Ground分类时，在不影响DSM显示效果时，可对Ground点云进行抽稀归类；
　　（3）在比较平滑、直线区域切剖面时，剖面宽度可适当放大；在拐角尤其是立交桥、高架公路等接地与架空的临界区域，切剖面一定要尽量窄，务求精确；
　　（4）分类时，要注意多种分类工具的综合使用以提高分类效率；
　　（5）拼接线不能穿过较高的建筑物，不能出现错位，影像上无地物丢失；
　　（6）DOM上桥梁要素不能出现扭曲、变形和拼接错位问题。如桥梁长度较短，一幅原始航片能全覆盖，则架空桥梁的全部影象可选用该航片；如桥梁长度较长，一幅原始航片不能全覆盖时，需要参考桥梁上激光点云，进行真正射影象制作，保证桥梁上的相邻航片在拼接线处无缝自然相连。
　　5 结束语
　　机载雷达在我国是一种新兴的测量技术。它的优势在于对大范围、沿岸岛礁海区、不可进入地区、植被下层、地面与非地面数据的快速获取。利用雷达数据代替传统航片进行3D 产品的生产已经成为一种趋势, 它可实现快速、高精度的3D 产品生产, 大大加快了数据的获取与处理速度, 有效地降低了生产成本，缩短了工期，提高了经济效益, 是批量生产3D 产品的新技术工艺, 具有很好的推广和应用前景。
　　参考文献：
　　[1] 李英成，文沃根，王伟．快速获取地面三维数据的LIDAR技术系统．测绘科学，
　　2002．27(4)．
　　[2] 刘经南，张晓红．激光扫描测高技术的发展与现状．武汉大学学报，2003．23(2)．
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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