骆生亮
（山西亚太数字遥感新技术有限公司，山西太原030006）
摘要机载LiDAR系统是实现地面三维坐标和影像数据同步、快速、高精度获取，并快速实现地物三维、实时再现的一种国际领先的测绘高新技术，而机载LiDAR原始点云数据质量检查是后期制图的基础。本文详细介绍了原始激光点云数据质量检查的具体内容、标准和方法。 关键词机载LiDAR；原始激光点云；质量检查
中图分类号P231文献标识码A文章编号2095-7319（2019）04-0023-05
机载LiDAR点云数据质量检查内容及方法研究
0.引言
机载LiDAR(Light Laser Detection and Ranging)是激光探测及测距系统的简称。它集成了GPS、IMU、激光扫描仪和数码相机等光谱成像设备。其中激光扫描仪利用返回的脉冲可获取探测目标高分辨率的距离、坡度、粗糙度和反射率等信息，而被动光电成像技术可获取探测目标的数字成像信息，经过地面的信息处理而生成逐个地面采样点的三维坐标，最后经过综合处理而得到沿一定条带的地面区域三维定位
与成像结果。激光雷达技术发展迅速，作为精确、快速地获取地面三维数据的工具已得到广泛认同。相对于其他遥感技术，激光雷达技术是遥感技术领域的一场革命。本文就激光LiDAR原始点云数据质量检查内容、检查标准、检查方法结合工作实际进行探讨。
1.原始数据质量检查内容及方法
机载激光LiDAR飞行受天气、空域等因素影响作业难度大，做好飞行作业计划，规划好飞行线路、时间非常关键。飞行计划需要在数据检查结果基础上制定，如何在飞行任务结束后，第一时间对海量激光数据进行质量检查，确认需要补飞或重飞区域显得至关重要。以下介绍原始点云数据质量检查内容及方法: 1.1点云覆盖
激光数据的覆盖要求为：航向起始和结束应超出半幅图范围，旁向应超出半幅图范围，超出部分不小于500米，且不大于2000米。测区所有激光点云数据在Terra软件中抽稀读取，将激光点云覆盖范围和测区边线进行比对，确认激光点云完整覆盖测区范围。对点云缺失区域，采用截取横纵断面和参考影像数据进行判定是否为激光点漏洞。
1.2点云噪声
点云噪声通常指点云中由于系统原因，或者云、雾等产生的明显高于或低于地表，或者偏离测区的点。这些点云数据对于地形测绘意义不大，且会对点云密度、点云覆盖及测区地形分析造成影响，故应对其分布、数量等进行检查。通常由系统原因产生的噪声，分布比较均匀且分散，水域部分通常也会产生高于或低于水面的一定数量的噪声，这类噪声一般占比较少，去除后对于点云密度、地形表达的影响可以忽略；而由于云雾遮挡等非系统原因产生的噪声通常呈现出集中密集的特点，去除后对地表点云密度、地形表达会有较大影响，乃至产生数据漏洞，就需根据漏洞大小进行补飞或重飞。在Terra软件中打开激光点云数据，然后截取点云数据横纵断面，激光数据按断面显示之后，可以看到高于或者低于地面的激光噪声点。检查噪声点对激光数据影响。
1.3点云密度
点云密度根据项目成果精度要求确定，成果精度和点云密度关系（如表1所示）。按照项目设计要求在专业激光质检软件中输入制图比例尺、点密度标准值、回波、样本半径等参数，按照航带检查激光点云密度。软件自动提取航带激光点覆盖范围边界用以计算航带覆盖范围面积并统计航带激光点数量，从而计算出本航带激光点云平均密度，绿显示为符合要求，红显示为不符合要求。激光点云密度检查结果（如图1所示）：
第4期骆生亮：机载LiDAR点云数据质量检查内容及方法研究2019年8月
2019年8月经纬天地第4期
1.4点云重叠度
航线旁向重叠度应达到20％，最少为13％。为保证飞行倾斜姿态变化较大情况下不产生数据覆盖漏洞，在丘陵山地地区，应适当加大旁向重叠度。使用专业激光数据质检软件检查相邻航带间激光点云重叠度，软件自动提取各航带激光点覆盖范围并形成矢量
格式范围数据，然后将相邻航带矢量数据进行叠加分析获取重叠区域，从而计算该位置航带重叠度，检查结果（如图2所示）。对软件自动检查出的重叠度小于13%区域需使用Terra 软件查证是否是由于水域、柏油路等低反射率地物影响。
表1
点云密度要
求
图1航带点云密度检
查
图2航线旁向重叠度检查
1.5激光点云精度
激光点云精度检查包括平面精度检查和高程精度检查，具体检查方法如下：
1.5.1平面精度
选择航带间（含同架次和不同架次）的重叠区域出规则地物，如沿人字形屋顶边界与拐角、人行斑马线等点位布设一定数量的平面检查点。外业实地使用网络RTK测量平面点坐标X1、Y1，在Terra软件中导出相同位置激光点云坐标X2、Y2，差值得到△X、△Y。从而计算所获取激光点云数据平面位置中误差。外业平面点测量和Terra软件坐标导出（如图3所示）：
1.5.2高程精度
测区选取一定的数量高程精度验证区进行野外实地施测，在测区四周、四角边缘处、航线首末端、航带间重叠区域必须选取高程精度验证区，不同高程精度验证区应选在不同地形条件、不同航线区域，分布尽量均匀。每个精度验证区内实测一定数量的高程检查点，且点位分布均匀，地物类别丰富，点位高程变化平缓。运用专业激光雷达软件Terra的output control report功能，将精处理激光点云与野外实测离散高程点进行高程比对计算，输出点位高差统计报告（如图4所示）
：图3平面精度检
查
图4高程精度检查
1.6飞行姿态
飞行过程中，航线俯仰角、侧翻角一般不大于2°，最大不超过4°，航线弯曲度不大于3%。在煤航点云质检软件中导入各飞行架次航迹线，软件自动检测本架次飞行姿态和航线弯曲度，统计最大俯仰角、平均俯仰角、最大测滚角、平均侧滚角、最大航线弯曲度等信息，检查是否满足规范和合同要求，飞行姿态检查报告（如图5所示）:
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1.7航高检查
飞行作业过程中，要求在一条航线内航高变化不超过相对航高的5%-10%；实际航高变化不超过设计航高的5%-10%。使用专业软件检测成果数据每条航线最大、最小航高，统计最大航高差，分别计算最大航高差和相对航高、设计航高比值，查看航高保持是否满足要求。
1.8IMU/GNSS 质量检查1.8.1偏心分量
按GB/T 27919-2011《IMU/GPS 辅助航空摄影技术规范》4.2.3要求，测定偏心分量，从GPS 天线相位中心或IMU 测量中心测至相机的量测参考点，再换算至摄影中心。GPS 偏心分量3次测量的较差一般不应大于5cm ，IMU 偏心分量3次测量的较差一般不应大于1cm ，并填写偏心分量测定表。
1.8.2GNSS 数据
机载GNSS 数据对照飞行记录，核查机载GNSS 观测数据及其相关的记录文档、
技术文件的齐全性、完整性；依据机载GNSS 数据处理报告或GNSS 记录的飞行轨迹，核查机载GNSS 数据是否正常、信号是否失锁。
1.8.3IMU 数据
飞行过程中，要求IMU 测角精度：侧滚角和俯仰角不大于0.005°，航偏角不大于0.02°；记录频率不低于64赫兹；采用双频航空型GPS 接收机，具有高动态、
高准确度双频数据接收能力，具有精确定义和稳定的相位中心，采样频率不低于2赫兹。飞行结束后将飞行POS 数据导入POSPAC 软件，解算并导出本架次飞行航迹.OUT 文件，然后在Terrascan 中导出每一时刻对应的侧滚角、俯仰角、航偏角数据，检查数据是否符合规范和项目合同要求。
1.9地面数据检查
地面应为双频GPS 接收机，采样频率不低于2赫兹；具有带抑径板或抑径圈的GPS 接收天线，具有良好的抗干扰能力；电源能够满足长时间工作需求，存储器能够满足满架次飞行作业需求。地面GPS 质量检查主要包括：（1）GPS 记录时段、天线高、记录单检查，确保记录时间能够覆盖飞行时间范围，并前后有约半小时余量，天线高量测准确，记录单填写清晰准确；（2）检查GPS 记录数据同一时刻观测卫星数量和质量，将观测数据转换为通用Rinex 格式，然后将Rinex 格式数据导入POSPAC 软件，在软件中查看GPS 数据质量。
2.结束语
本文在机载LiDAR 点云数据生产作业实践的基础上，详细介绍了原始LiDAR 点云覆盖、点云噪声、点云密度、航带间重叠度、点云平面高程精度、飞行姿态、航高、原始IMU 数据和地面数据的质量检查方法。较全面地涵盖了原始激光数据的质量检查的内容、标准和方法，为今后激光LiDAR 原始激光点云数据质量检查提供一定的参考和借鉴
。
图5飞行姿态检查
报告
（下转第34页）
参考文献：
【1】王强辉.机载LiDAR 原始点云数据质量检验方法研究[J].测绘地理信息,2018,43(5).35—37.【2】张小红.机载激光雷达测量技术理论方法[M].武汉：武汉大学出版社，2007.【3】戴永红.激光雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2002.
【4】李峰，刘文龙.机载LiDAR 系统原理与点云处理方法[M].北京：煤炭工业出版社，2017.
【5】国家测绘地理信息局.CH/T8024－2011机载激光雷达数据处理技术规范[S].北京：测绘出版社，2012.【6】高广，马洪超，等.顾及地形断裂线的LiDAR 点云滤波方法研究[J].武汉大学学报，2015,40（4）：466-470.作者简介：
骆生亮（1984—），男，本科，工程师。主要从事航空测绘工作。
（上接第26页）2.4基于地理国情监测的城市规划实施评估的太原市数据分析 依照“空间使用效果”为核心的规划实施评估原则，依据城市空间建城后的实际效果对城市规划实施进行评估，项目为规划实施后的评估提供了一种研究路径与方法。项目从太原市的城市空间形态评估出发，通过提取城市建设用地边界、建设用地边界，开展太原市辖区的规划实施评估工作。
结果表明，与规划建设用地范围比较，太原市城市南部区域仍然有大量可开发的城市建设用地，东部和北部有少量规划的城市建设用地未开发，西部发展空间已趋于饱和。
3.结束语
城市规划，涉及管理模式、土地开发、规划方法等诸多方面的内容，是多学科融合视角下的城市扩张动态响应的综合研究。那么城市规划实施评估，应进一步融合城市管理学、城市经济学、城市管理学、城市社会学、城乡规划学等多学科的理论与方法，借助GIS 技术，在现有数据整合的基础上运用空间分析功能生成新的数据信息，对城市快速化发展背景下产生的城市发展问题予以研究，今后我们应加快推进规划管理数据信息化建设，建立健全保障机制，着力提升城市规划实施评估管理水平
。
参考文献：
【1】张月金.城市总体规划实施评估思路探讨—以南宁为例[J].规划师，2017(9)：113-119.
【2】段鹏，郑伯红，侯科.基于GIS 的总体规划实施评估—以长沙市总体规划（2003-2020）为例[A]，转型与重构—2011年中国城市规划年会论文集[C].北京：中国建筑工业出版社，2011.
【3】侯艳玉.城市空间发展与规划目标一致性评估研究[D].山东建筑大学，2012.作者简介：
侯志鹏（1984—），男，本科，毕业于中北大学分校，
工程师。主要从事测绘地理信息及质检等方面的工作。
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