城市LiDAR数据特性

LiDAR是一种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一体的系统，LiDAR系统应用于城市遥感可以获得点云数据，并生成精确的数字化三维模型。LiDAR系统作为高速度、高性能、高精度、长距离的航空测量设备，其数据应用于城市遥感具有无可比拟的优势。第一，LiDAR可以在白天、夜晚或相当恶劣的天气条件下作业，全天时、全天候地获取地面三维测量数据。第二，LiDAR点云能“部分”透过植被，针对城市范围内的树木，可以同时测量地面和非地面层。第三，可以在地面反射率比较低的区域工作，如反射率只有约5%的沥青路面。第四，可以对城市细小目标进行探测，如电力线的提取等(赖旭东等，2014)。

由于LiDAR数据为离散的点云，城市范围内应用时通常需要得到LiDAR点云的高程特征和强度特征图，依据不同的强度特征和高程特征，区分建筑、道路等典型地物。城市范围内LiDAR数据的高程特征图通过归一化数字高程模型(Normalized Digital Surface Model，nDSM)表达。nDSM模型生成方式为:首先由激光点云中的第一次回波点内插得到数字表面模型(Digital Surface Model，DSM)，随后采用渐进三角网滤波方法首先从LiDAR数据中提取地面点，从而内插得到数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)；两者相减即可得到nDSM。建筑物屋顶和植被相对于其他地物具有明显的归一化高度。图4-10为航空影像和nDSM的提取结果。

图4-10　航空影像与nDSM提取结果(www.xing528.com)

点云强度图同样通过第一次回波强度信息内插得到。强度信息反映激光落在不同材质的物体表面具有不同的回波能量。地面介质表面的反射系数决定了激光回波能量的多少，地面介质对激光的反射系数取决于激光的波长、介质材料以及介质表面的明暗黑白程度。反射介质的表面越亮，反射率就越高。沙土等自然介质表面的反射率一般为10%～20%；植被表面的反射率一般为30%～50%等。由于反射率取决于表面介质材料，不同地物具有不同的反射介质表面，自然地物表面(如植被)对激光的反射能力要强于人工地物(如建筑物、道路等)介质。多重回波通常是高层植被、建筑物边缘对激光信号的多次反射引起的，高层植被以及建筑物边缘部分能够产生较大的回波数和回波号。

除了高程特征和强度特征等直接特征，也可以通过局部统计的方法从LiDAR点云数据获得高程纹理和几何特征。