激光遥感数据处理实验报告

辽宁工程技术大学

本科生实习报告书

实习题目激光遥感数据处理

教学单位

专业

班级

学生姓名

学号

指导教师

实习时间

1 T erraSolid软件认识

一、实验目的与内容：

1.目的

安装MicroStation、TerraSolid软件，初步熟悉软件各个模块的功能。

2.内容

软件安装与解密；

了解各个功能模块的主要功能；

熟练应用软件进行点云数据的基本操作；

参考资料：Tscan0.pdf及视频。

二、实验过程：

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,TerraModeler等模块来共同处理激光雷达点云数据和影像。用户可以根据不同的需要选择不同的模块。因此要先安装MicroStation。

1 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复制到C:\Program Files\Bentley\Program\Licensing文件夹下，完成MicroStation的解密；

③再运行setup.exe，选择TerraScan, TerraPhoto, TerraMatch,TerraModeler四项完成四个模块的安装；

④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。

2 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。

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。同理可完成TerraPhoto, TerraMatch,TerraModeler3个模块的加载，

然后进入各个模块的使用界面。

图1 MicroStation系统主界面

图2 MDL对话框

3、各个模块功能介绍

Terrasolid系列由TerraScan、TerraModel、TerraPhoto、TerraSlave、TerraMatch、TerraSurvey等组成，来共同处理激光雷达点云数据和影像。用户可以根据不同的需要选择不同的模块，一般最常用的就是TerraScan和TerraModel。

TerraScan能装载和处理大量的LIDAR数据，它的主要功能是根据点的坐标、强度、同一激光的首末反射值等信息将大量激光扫描测量数据进行分类、滤波。它可以根据一定的分类标准程序对所有的点

进行批处理。另外它还可以象AutoCAD那样很方便地利用鼠标编辑图形，从不同角度观察图形。但

TerraScan软件仅有一个滤波器，采用的是基于坡度的滤波理念。

TerraMatch用于解决IMU飞行姿态参数，确定飞行姿态，用于系统检校/航带平差。

TerraModel是用来生成和处理各种表面模型的，可用于计算体积、面积，生成等高线、轮廓线，洪水淹没计算。

TerraPhoto用来处理原始数码影像。将飞机的飞行数据文件(包括飞机位置、姿态、拍摄时间、影像排列等数据)、影像数据文件及地面数字模型文件输入系统，必要时还可以将外控数据输入系统，该软件将根据这些数据进行全自动空三平差、镶嵌，形成彩色正射影像图。

4、软件基本操作

①数据读取与显示。从TerraScan菜单栏选择File→Read Points即可打开选择文件选择对话框在数据目录双击https://www.360docs.net/doc/e23581054.html,s，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

②数据显示模式。

V iev→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，如下图所示：

③General、ViewLaser工具箱

2 机载LiDAR数据处理——系统检校

一、实验目的及内容：

1.实验目的：

结合课程介绍系统检校原理，掌握基于软件进行系统检校的方法和步骤。

2.实验内容：

在TerraMatch,模块下，进行系统检校。

二、实验过程：

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、时间以及仪器的安装等因素而变化。

1.打开数据：

将实验数据中的四条航带点云数据打开，为明显区别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V iew2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。结果如下图所示：

2.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。

系统检校的操作：

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，即完成了导入轨迹文件。

2、画航线。在Manage Trajectories中，选择Tools→Draw Trajectories，则显示了航线。

3、在T erraMatch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T erraMatch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，过程会显示如下界面：

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：

如下图所示：

3 机载LiDAR数据处理——滤波分类

一、实验目的与内容：

掌握软件滤波分类方法。

运用软件对点云数据进行滤波、分类。

二、实验方法与过程：

1 实验方法：

人工交互编辑的目的是剔除自动滤波，自动分类没有滤掉的部分粗查和未分类正确的激光点，为了便于人工作业，工程化的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，首先应当对数据进行检验，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）。然后建立地面数据类型，分离出非地面的数据。再根据顾客的要求，对非地面数据进行分类，如建筑物类数据、输电线路数据、铁路类数据等等。另外，可以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，比如，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。

2 实验过程：

激光点分类的主要流程如下：

1、设置分类层。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。

2、提取噪声点。主要是提取空中的像云和鸟等噪声点，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，所以，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。

3、提取低点。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。

4、提取地面点。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，第一，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；第二，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。

也可以运用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→

运行宏即可得到分类的植被点。

Add按钮→

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。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

一、实验目的和内容：

掌握软件生成DEM的方法。

运用软件对地面点数据生成DEM产品。

二、实验方法和过程：

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

⑷

⑸

5 地面三维激光扫描

一、实验目的与内容

运用三维激光扫描仪扫描建筑或者雕像，获取点云数据。

掌握对目标进行扫描的技术。

二、实验方法与过程：

1 实验方法：

地面三维激光扫描使用三维激光扫描系统。三维激光扫描系统主要激光扫描仪、PC机、电源和三角架组成。

地面激光扫描仪本身主要包括激光测距系统和激光扫描系统，同时集成CCD 和仪器内部控制和校正系统。激光三维扫描仪通过向物体表面发射激光束，以激光定位原理精确测量物体表面点的坐标。

另外，为了后续的数据处理点云拼接的进行，采用在扫描仪扫描的视场内配置测量标靶或基于不同测站共用的测量公共控制点的方法。

整个的扫描流程为：选点、设站、连接电源、量仪器高、用徕卡Cyclone-SCAN软件控制扫描仪、选取扫描范围、选取扫描目标、扫描并生成点云。

2 实验过程：

1、扫描前的准备工作

针对需要扫描的目标确定扫描的测站数和测站位置,以及控制标靶(用来匹配每站扫描的点云)的个数和位置。

2、扫描

在选定的测站上安置Cyrax三维激光扫描仪,调整好扫描仪面对的方向和倾角。用网线将扫描仪和计算机连接好,打开扫描仪的电源开关。扫描仪的扫描过程由Cyclone软件控制,通过集成的数码相机得到扫描对象的影像,在影像图上选择扫描区域。设置好扫描参数(行数、列数、扫描分辨率等),扫描仪自动进行扫描。

6 点云数据处理

一、实验目的与内容：

运用三维激光扫描仪扫描建筑或者雕像，获取点云数据。

掌握对目标进行扫描的技术。

二、实验方法与过程：

地面三维激光数据处理使用Cyclone软件，Cyclone是市场上首款为激光扫描仪提供放样功能的软件模块，Cyclone软件包括SCAN(数据获取模块)、REGISTER(点云拼接模块)、SURVEY、MODEL、CloudWorx、PUBLISHER、TOPO Ⅱ(数据提取与分析模块)、数据输出模块(输出二维或三维图，线画图，点云图，三维模型，ASCll坐标数据等)。用户使用该软件不仅可以高效率地控制徕卡测量系统的多种HDS扫描仪进行实体物件的扫描测量，而且它还具有为激光扫描仪提供放样的软件模块。

1 数据查看：

1、先将数据加载到软件中

2、然后可进行点云数据的查看

2 配准

1、右键project---create registration，输入文件名“实验”，即为拼接站。

2、进入registration 添加要拼接的扫描站（add scanword）到右边的空白框中

3、在Modelspace中，可将点云数据显示出来。

4、使用Auto-add constraints 计算拼接精度，得到如下结果：

4、点击Registration----register选项，经过处理得到如下结果