基于LIDAR點云自動生成等高線的濾波方法

雷剛，夏波，吳軍，謝勇

（四川省交通勘察設計研究院有限公司）

1 引言

近幾年，激光雷達攝影測量在大范圍地形圖測量中得到應用與發展。雖然繁重的外業測量工作強度減輕，但是地形圖繪制的內業工作量卻很繁重。等高線是地形圖的重要組成部分，基于雷達點云自動生成的等高線卻有不少波浪，如何快速濾除這些波浪，減少繁瑣的內業工作量，提高工作效率尤為重要。前人對等高線修改進行了大量研究，結合分段三次多項式與Akima法對等高線進行平滑處理[1]，提出了曲線逐點抽稀篩選法。本文在前人的研究基礎上，針對上述問題，提出“步長濾波法”，并利用VBA語言編程解決此問題[2]。

2 基于雷達點云自動生成的等高線存在的問題

基于LIDAR點云利用Global Mapper地圖繪制軟件自動生成等高線是非常快速的，但自動生成的等高線上有許多波浪，不符合地形圖矢量化的要求（見圖1），我們需要將這些波浪濾除掉，才能使我們的等高線平滑美觀（見圖2）。

圖1 自動生成的原始等高線圖

圖2 平滑的等高線

3 步長濾波算法

3.1 算法思路

一條等高線由許多節點連線組成，每相鄰兩節點之間的距離有的長有的短，而等高線上的波浪所在位置的節點較密，相鄰節點間的距離較短，只要選擇合適的步長，就能將這些波浪濾除。

3.2 程序設計流程

程序設計流程如圖3所示。

圖3 程序設計流程

3.3 具體編程源代碼

4 案例分析

4.1 案例介紹

本案例來源于某條高速公路項目1：2000地形圖繪制中等高線修改任務。本項目部分等高線節選展示，圖4為濾波前山地丘陵地形，圖5為平緩地形濾波前等高線。

圖4 山地丘陵地形濾波前

圖5 平緩地形濾波前

4.2 濾波效果分析

經過反復試驗確定，山地丘陵以步長7m、平緩地形以步長10m進行濾波處理，效果最佳。最佳濾波效果分別見圖6-7。

圖6 山地丘陵地形等高線濾波后效果

圖7 平緩地形等高線濾波后效果

5 結語

①等高線步長濾波法關鍵在于針對不同的地形選取不同的步長參數進行濾波，山地丘陵地區選擇較小的步長參數，平緩地區選擇較大的步長參數，就可有效濾除波浪。

②效率方面。本案例39.6km2，6064根等高線，若采用人工手動修改需耗時7d～10d工作日，本案例自動濾波耗時1min23s，手動重復濾波耗時23min38s，相比純人工修改等高線效率提高134倍至192倍。