[发明专利]一种三维激光扫描数据植被滤除方法

说明书

本发明公开了一种三维激光扫描数据植被滤除方法，利用三维激光扫描仪原始数据中的距离信息和高程信息作为判断条件，对激光点云数据进行对比分类，基于预设的植被阈值，可进一步判断是否是植被数据，有效提高了植被数据自动识别的效率和精度。本发明实现了在地形数据采集过程中，滤除植被覆盖等因素对三维激光扫描点云数据的干扰；且可在不破坏植被的情况下完成高精度地形测量任务，最大程度地保护生态环境。

技术领域

本发明涉及测绘、遥感监测领域，具体涉及一种三维激光扫描数据植被滤除方法。

背景技术

三维激光扫描技术是近年来测绘领域发展迅速的一项前沿技术，已经成为继GPS技术后又一革命性成果。三维激光扫描技术具有快速获取大面积高精度点云数据的优点，其在林业、生态、文物保护等领域已经得到广泛应用。

而在地形监测领域，三维激光扫描技术的应用也日益普及，但往往在现场(例如海岸地形监测、危险滑坡体监测等)进行地形测量时，地面往往有植被等非地面点覆盖，使得获取的扫描数据无法准确反映地形真实情况。因此滤除植被数据对于三维激光扫描技术在地形监测中的应用具有重要意义。

国内外学者们提出了多种非地面点滤除方法，一类是曲面或趋势面拟合法，其中有代表性的是基于迭代线性最小二乘内插原理的过滤算法；还有一类是聚类和分割法，例如利用种子点构建TIN网格，之后将低于TIN的点加入网格中，然后通过约束曲率参数逐渐将其它点云数据加入网格中，最后得到只含有地面点的TIN网格。

但上述的滤除方法在过滤空间尺度大的非地面点云比如建筑物时效果较好，但在过滤空间尺度小(如低矮植被)时则效果不佳，无法满足实际地形监测中的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维激光扫描数据植被滤除方法，能够简单高效地对植被数据进行滤除，从而获取地面数据。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种三维激光扫描数据植被滤除方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：利用三维激光扫描仪扫描目标区域，获取目标区域的激光点云原始数据即距离信息和高程信息；

步骤2：将步骤1获取的目标区域激光点云原始数据构建在一个以正方形单元组成的网格内，该网格的空间边界取决于点云数据的边界，单元的值被设定为落入该单元的所有点云中高程最低的点的空间坐标，如果没有任何点云数据落入某单元，那么这个单元的值就被赋值为与其距离最近的另一单元的值，所有单元的高程值被构建为植被过滤前的最小高程平面；

步骤3：基于步骤2所获得的最小高程平面数据，对激光点云原始数据先执行侵蚀过程然后再执行膨胀过程，定义过滤窗口为多个单元组成的长方形，侵蚀过程定义为对于每一个单元，与过滤窗口内各单元的值进行比较，取其中最小值为目标单元侵蚀后的高程值；膨胀过程则定义为对于每一个单元，与过滤窗口内的各单元的值进行比较，取其中最大值作为目标单元膨胀后的高程值，操作执行完毕后得到另一个高程平面；所述侵蚀后的高程值和膨胀后的高程值具体由公式：

给出，其中，E_p为侵蚀后的高程值，D_p为膨胀后的高程值，w为过滤窗口内的单元数目，点云数据(x_p,y_p,z_p)代表点p在过滤窗口内的临近点；

步骤4：根据步骤3中的高程平面信息，计算该高程平面内各单元与前一次计算所得的高程平面内各单元的高程差，如果某个单元的高程差大于事先设定的高程差阈值，那么该单元的点就被认为是植被数据，否则为地面点；所述高程差阈值具体由公式：