数据后处理软件

§5.4　数据后处理软件

经过数据前处理后生成的激光点云数据，包含地表面的各类地物点，具有了精确空间坐标及其他属性信息，可以直接作为产品进行简单应用，如生成高精度的数字表面模型(DSM)成果。但充分发挥激光点云数据的价值，还需进行分类处理，分类出地面激光点和非地面的激光点(如树木、植被、建筑物等)，制作生成地表地形数字高程模型(DEM)等。数据后处理软件的最重要功能就是激光点云分类。

下面对一些主要数据后处理软件进行简要介绍。

5.4.1　TerraSolid系列软件

TerraSolid系列软件是一套非常成熟的商业化LiDAR数据处理软件，该软件基于MicroStation软件平台开发，因此需要数据处理人员比较熟悉MicroStation的操作才能很好地使用该软件。

TerraSolid系列软件包括:TerraScan、TerraPhoto、TerraModeler、TerraSurvey、TerraPhoto Viewer、TerraScan Viewer、TerraPipe、TerraSlave、TerraPipeNet等模块。

TerraSolid属于半自动的数据处理软件，手工操作比较多，而且在操作中需要数据处理人员输入大量的参数，而这些参数主要是数据处理人员针对工作区域地形特点，根据已有的经验输入。这种做法的优点是如果对类似地形区域积累了一定的生产实践经验，则会得到较好的处理结果，而且经验越丰富，效果越好，能够远远超越目前的一些自动化程度较高的LiDAR软件;其缺点就是太依赖于数据处理人员的经验，若数据处理人员未处理过类似地形的时候，就需要反复输入参数值进行试验，直到取得较好的处理效果为止。

下面对TerraSolid软件的几个主要模块作简要介绍。

1.TerraScan软件

TerraScan软件是处理机载或地面激光雷达数据的通用软件包，其主要功能是根据激光点的坐标、光强以及同一激光的首末反射值等信息将大量激光雷达数据进行分类。

TerraScan软件可以根据一定的分类标准程序对所有的点进行批处理，进行方便的编辑，从不同角度进行观察处理效果。

TerraScan软件的主要功能如下:

(1)以XYZ文本或类似于LAS和TerraScan的二进制文本读入原始的激光点云;

(2)三维方式浏览数据;

(3)自定义点类别;

(4)激光点自动手动分类;

(5)交互式判别三维目标(如:铁塔);

(6)数字化地物;

(7)探测电力线(如图5-12所示);

(8)矢量化房屋;

(9)生成激光点的截面图;

(10)输出点分类。

图5-12　TerraScan软件用于电力线检测

2.TerraPhoto软件

TerraPhoto软件主要用于处理原始数码影像数据，该软件可以导入飞行数据文件(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高程模型文件等，在必要时还可以导入外控数据，然后进行全自动空三平差、镶嵌，生成彩色正射影像(DOM)。如图5-13所示。

图5-13　TerraPhoto软件连接点搜索操作界面示意图

3.TerraModel软件

TerraModel软件通过测量数据、激光点数据或XYZ文本文件建立地表、土层或三角面等表面模型，可以进行体积和面积计算、等高线和轮廓线生成和洪水淹没计算等。如图5-14所示。

图5-14　TerraModel软件操作界面示意图

TerraModel软件的主要功能如下:

(1)编辑任意独立点;

(2)在围栏里移动、升降、推平所有点;

(3)构建断裂线，在模型中添加元素;

(4)把模型作为辅助设计的数据参照;

(5)把元素降到模型表面，使元素贴近地表面;

(6)建立三维的剖面图;

(7)创建等高线图;

(8)创建规则方格网图;

(9)创建坡向图;

(10)创建彩色渲染图;

(11)计算两个面之间的体积。

4.TerraMatch软件

TerraMatch软件用于解决IMU飞行姿态参数，确定飞行姿态。自动匹配来自不同航线的航带，该软件是Terrasoild公司用于调整激光点数据中的系统定向差，测激光面间或激光面和已知点间的差别并改正激光点数据的软件。这些差别被转化成系统方向，东向，北向，高程，俯仰角(Heading)，横滚角(Roll)和倾角(Pitch)的改正值。

TerraMatch软件能当做激光扫描仪校正工具使用或当做一个数据质量改正工具。当把该软件作为激光扫描仪校正工具使用时，该软件将解决在激光扫描仪和惯性测量装置间未对准问题，最终将偏角，滚角和倾角的改正值应用到全部的数据中。

实际的工程数据中数据源可能存在错误，TerraMatch软件可以解决整个数据的改正或对每条航线单独做改正。

TerraMatch软件的主要功能特点如下:

(1)全自动处理激光扫描表面数据的纠正;

(2)方位纠正的严格轨道模型;

(3)最小二乘的定向误差评估调整;

(4)在高程和亮度上的观测是不同的;

(5)采用区域匹配调整激光扫描的几何结构;

(6)采用“Data-snooping”技术检测严重的错误。

5.TerraSlave软件

TerraSlave软件主要用于大型数据处理项目时，在局域网中完成分布式数据处理任务。通过TerraScan、erraPhoto或TerraMatch将数据分成块后，即可以用TerraSlave软件将这些数据分发到局域网内不同计算机中。

6.TerraSurvey软件

TerraSurvey软件主要用于解决飞机的GPS数据和质量控制。利用来自total stations和GPS的数据创建3D数字测图的软件模块。TerraSurvey软件适用于用total stations和GPS作野外测量，并控制和提供激光数据的质量。TerraSurvey软件以文本文件的方式读入测量数据并生成一个测量的三维图案文件。该软件自动识别大量来自Trimble、Leica等的测量数据格式，通过定义自己的文件格式，几乎能读入任何文件，这些文件要有坐标系和倾斜角。每个测量点分配一个特征码，用于定义测量对象。

TerraSurvey软件的主要功能如下:

(1)通过测量数据测图和建模;

(2)可以使用已有的格式或创建自己的格式;

(3)交互地测定误差和纠正地图错误。

此外，还有TerraPhoto Viewer、TerraScan Viewer、TerraPipeNet和TerraPipe软件。

TerraPhoto Viewer软件是用于在TIN等大面积地形数据上三维浏览高分辨率正射影像的模块，可以进行三维浏览操作、放置矢量地物、标签和标图等。

TerraScan Viewer软件是用于激光点云分类数据的可视化软件，同时快速而简单地在上百万的分类激光点、TINs和高分辨率正射影像上进行工作。

TerraPipe软件和TerraPipeNet软件用于设计净水输送和污水排放管道线路时使用。

若需详细了解，请参见网址:http://www.terrasolid.fi/。

5.4.2　LSC软件

LSC(LiDAR Studio Classification)软件是由广西桂能信息工程有限公司开发的专业激光数据可视化分类和三维浏览软件，该软件通过丰富的滤波算法、多样的显示模式和简单易学的手动编辑器，数据处理人员可以快速、准确地分离出地表数据、植被数据和建筑物数据等。如图5-15所示。

LSC软件支持LAS格式的激光数据，数据导入后在主窗口中以三维形式显示。该软件不仅具有放大、缩小、漫游和全幅显示等地图浏览功能，还可以单凭鼠标拖曳，进行任意角度、任意数据范围的三维旋转。

图5-15　LSC软件操作界面示意图

LSC软件提供了丰富的滤波算法便于用户进行自动分类，有过滤重叠区数据的Edgematch Filter算法、过滤植被数据的New Tin Filter算法和过滤建筑物的Planar Fit Filter算法等。一般而言，实际工程都是大数据量，甚至是海量数据，此时首先挑选出有代表性的小块数据录制宏(滤波器的集合)，再把该宏用于地形类似的所有数据，这样只需要录制几个有代表性的宏(如用于山区地形的宏、用于城区地形的宏、用于城乡交接地形的宏)就可以完成对整个工程数据的自动分类。

LSC软件提供了多样的显示模式，便于用户观察数据，了解测区的地形情况。显示模式包括点云模式、TIN模式、高程显示模式(E)、分类显示模式(C)、回波显示模式(R)、航带显示模式(F)、反射强度显示模式(I)、SILC(激光光谱融合)显示模式(S)、浮雕显示模式(SR)、等高线显示模式(PC)、缓冲区显示模式(B)。

LSC软件提供了友好、简单易学的手动编辑器，方便用户进行手动分类。自动分类可以分离出大部分的地表数据和非地表数据，但是如果需要得到精确的地表数据，此时就需要人工干预进行手动分类。手动编辑器通过刷取激光数据，将用户设定的类别属性(如地表数据或植被数据)赋予激光数据。不可见的激光数据不会被刷取。手动编辑器通过更改刷取激光数据的光标尺寸大小来确定每次刷取的激光数据点数，也可以设定所刷取的激光数据是光标范围内的相对高程低点或相对高程高点，还可以设置保护类，被设置为保护类的激光数据只作为手动分类的参考将不会被手动编辑器改变。手动分类过程中除了使用手动编辑器外，还可以结合使用滤波算法，减少手动分类的工作量。通过手动编辑器和滤波算法的合理搭配使用，LSC软件能让用户优质高效地完成激光数据分类工作，得到非常满意的纯地表数据。

LSC软件主要功能及特点如下:

(1)支持标准LAS格式激光数据;

(2)强大、易操作的三维数据浏览:快速点云显示、剖面/断面显示、一键式分类显示;

(3)可以使用丰富的算法实现自动分类，界面友好，操作灵活，可视性高，便于手动分类;

(4)可视化模式:阴影浮雕显示模式、高程显示模式、回波显示模式、反射强度显示模式、分类显示模式、航带显示模式、虚拟等高线显示模式、着色显示模式;

(5)直观的三维转换、平移、缩放，垂直夸张显示、旋转，剖面显示;

(6)实时构TIN显示、实时等高线显示;

(7)鼠标悬停提示GPS时间、坐标、回波、反射强度和文件名;

(8)激光数据处理全功能集成，不需第三方软件。

若需详细了解，请参见网址:http://www.g-einfo.com/。

5.4.3　TLiD软件

TLiD软件由以色列Tiltan公司开发，能够对激光雷达数据进行自动数据处理，并能快速自动创建三维模型。如图5-16、图5-17所示。

图5-16　TLiD软件操作界面图

图5-17　TLiD软件主要功能示意图

TLiD软件的主要功能特点如下:

(1)激光雷达数据的自动化处理;

(2)DEM和DSM的自动提取;

(3)自动特征提取和自动矢量化地物(如建筑物、树木、电力线等);

(4)自动三维重建;

(5)DEM精度报告;

(6)激光点密度的图形显示;

(7)直观便利的质量评价模式;

(8)支持手工激光分类编辑;

(9)支持LAS或ASCII文本格式输入;

(10)输入文件数据量是无限的;

(11)快速并行处理;

(12)质量评价和数据表现支持3D视图;

(13)支持输出三维数据和视图到其他计算机。

若需详细了解，请参见网址:http://www.tiltan-se.co.il/。

5.4.4　EspaEngine软件

EspaEngine软件是由芬兰ESPA Systems公司开发的数字摄影测量软件ESPA Systems中用于激光数据处理的模块。如图5-18所示。

图5-18　EspaEngine软件操作界面示意图

EspaEngine软件主要功能特点如下:

(1)能够管理和处理海量的激光点云数据;

(2)自动对激光数据进行分类，并生成DEM产品;

(3)检查和分类航空影像立体像对的点数据;

(4)进行影像和三维模型叠加效果的任意视角的查看;

(5)在三维视图进行激光数据检查和手动分类。

若需详细了解，请参见网址:http://www.espasystems.fi/。

5.4.5　LiDAR Box软件

LIDAR Box软件为德国Inpho公司的DTMaster、SCOP++Kernel和SCOP++LIDAR组合而成的LiDAR数据处理解决方案，其主要功能及特点如下:

(1)将点云快速地、全自动化地分类为地形点和非地形点;

(2)可以探测到大型的人造建筑物以及较低的植物。

若需详细了解，请参见网址:http://www.inpho.de/。

5.4.6　基于ArcGIS平台的激光数据处理软件

LiDAR Analyst、LiDAR Explorer和LP360等软件是基于ArcGIS平台开发的专门用于激光雷达数据处理的插件，下面简要进行介绍。

1.LiDAR Analyst软件

LiDAR Analyst软件主要用于从机载LiDAR数据中快速提取3D特征数据，包括特征提取、DEM编辑、剔除山体阴影、构建建筑物、设置建筑物属性、提取树点特征和森林面特征等工具。LiDAR Analyst软件通过全自动化从根本上简化了操作流程。

LiDAR Analyst软件的主要功能如下:

(1)全自动地从LiDAR数据中提取3D特征;

(2)简单、快速并精确地提取多种特征和地球表面的地形信息;

(3)提取具有复杂顶层特征的3D建筑物(如剖面、圆屋顶等);

(4)提取的特征包含属性特征(如建筑物的高度、屋顶的类型、顶宽度等);

(5)提供对3D形状和地形表面的编辑工具;

(6)能提取树和森林区域;

(7)批处理操作;

(8)提取等高线。

若需详细了解，请参见网址:http://www.vls-inc.com/。

2.LiDAR Explorer for ArcGIS软件

LiDAR Explorer软件是对ArcGIS多模块的扩展，提供两个模块处理激光雷达数据，其主要功能及特点如下:

(1)包括一大套激光雷达特殊工具来简化普通任务;

(2)数据管理版(DME)执行一个激光雷达项目的概念，在ArcMap中作为一个单层来管理和显现图像和LAS格式点云数据文件。

若需详细了解，请参见网址:http://LiDAR.prologic-inc.com/LiDAR/MainPages/LE_ Main_Index.html。

3.LP360软件

LP360软件主要功能及特点如下:

(1)将激光数据作为ArcMap的一个图层载入，在处理过程中可以借助ArcMap的工具;

(2)三维可视化操作激光数据，提供过滤器算法处理激光数据;

(3)可以显示激光数据剖面;

(4)操作简单，易控制。

若需详细了解，请参见网址:http://www.qcoherent.com/。