航带拼接

功能描述:航带拼接模块提供安置误差检校从而实现对机载激光雷达点云数据的航带拼接处理。该模块包含对机载激光雷达点云数据采集航迹线进行加载删除裁切根据航迹线裁切点云航迹线与点云匹配依据航带安置误差信息对点云进行变换(误差修正)去冗余等功能。

用法

  1. 航带拼接模块打开。点击菜单>航带拼接>航带拼接,软件弹出航带拼接模块,模块界面如下图所示:

    航带拼接主界面
  2. 航带拼接 打开航迹线文件。点击该按钮,提示设置工作目录的界面。

    设置输出目录
    按提示设置好工作目录后,自动弹出加载航迹线文件的界面,如下图所示。
    打开航迹线

    航迹线文件支持两种数据格式:POS(*.pos) 文本文件和SBET(*.out)二进制文件,弹出对话框并选择与点云匹配的航迹线文件,可选择一个或多个航迹线文件;

    • POS文件案例1:若POS文件中不包含GridX,GridY信息,则弹出界面如下图,匹配上相应的GPS时间、经度、纬度、高度、翻滚角(Roll)、俯仰角(Pitch)、偏航角(Heading)列。

      设置Pos1

      需在选择坐标系界面中选择相应的坐标系,如下图所示。

      选择坐标系
    • POS文件案例2:若POS文件中包含GridX,GridY信息,则弹出界面如下图,匹配上相应的GPS时间、经度、纬度、高度、翻滚角(Roll)、俯仰角(Pitch)、偏航角(Heading),GridX,GridY列。

      设置Pos2

      若GridX和GridY信息不正确,则可以如案例1所示选择正确的坐标系。

      对于案例1和案例2,若点击“应用”只针对当前的航迹线文件的读取格式,点击后,会继续弹出界面对后续的航迹线文件进行相应的参数设置。若点击“全部应用”,当前参数匹配设置会应用于全部的航迹线文件。

  3. 航带拼接 删除航迹线文件。

    • 3.1 在航迹线列表中选中要删除的航迹线,点击该按钮, 弹出界面如下。

      删除航带
    • 3.2 点击“Yes”(是)或“No”(否)。 当前选中的航迹线会被从场景中移除,点击“Yes”(是)的情况下航迹线对应的文件会被删除掉。下图展示删除了红色的航迹线前后的效果图。点击“cancel”将取消本次删除操作。

      删除航带前
      删除前
      删除航带后
      删除后
  4. 航带拼接 显示航迹线:在航迹线列表中选中要显示的航迹线,点击该按钮,被选中的航迹线颜色会发生渐变,并进行闪烁几次,以提示用户该条航迹线是被选中的航迹线。

  5. 航迹线点选 航迹线点选:点击该按钮,然后在场景中点击航迹线上某点,该点对应的信息会展示出来,如下图所示。

    航带信息
  6. 航带拼接 画多边形。该按钮处于选中状态时,开启多边形绘制模式,按以下步骤进行操作;取消该按钮选择状态,则退出多边形绘制模式,当前已有多边形被删除。

    • 6.1 点击该按钮,使该按钮处于选中状态,开启多边形绘制。

    • 6.2 在场景中左键单击依次选择多边形顶点。

    • 6.3 出现误选状态时,右键单击取消当前选择,回到步骤6.2.

    • 6.4 在最后一个顶点左键双击结束多边形绘制,形成多边形如下图所示。该多边形将存储到输出目录下的“polygon.gv”文件。如果在步骤2设置输出目录后,该目录下若有“polygon.gv”文件,其对应的多边形会自动加载到场景中。

      多边形
    • 6.5 左键点选并拖拽多边形顶点可以修改该多边形。

  7. 航带拼接 航迹线裁切:点击该按钮,会按之前绘制或加载的多边形裁切航迹线,形成多条航迹线,并将裁切后生成的航迹线自动加载进来;裁切形成的航迹线会以pos文件格式存储到输出目录,每条裁切后的航迹线以航迹线对应的GPS起止时间进行命名,文件名格式为“GPS开始时间_GPS结束时间.POS”,裁切后效果图如下。此步骤完成后可根据需要执行步骤3,删除不需要的航迹线。

    按多边形裁切航带
  8. 航带拼接 根据航迹线裁切点云。

    • 8.1 点击该按钮,弹出界面如下

      根据航迹线裁切点云

      选择要裁切的点云数据,如果勾选“根据航迹线的缓冲区裁切”,则以航迹线为中心线,根据缓冲区设定的距离向两边进行裁切。

    • 8.2 点击确定按钮,LiDAR360显示进度条,将点云按各航带进行裁切,裁切后得到的点云数据将默认存放在设置的输出文件夹中。点云数据的名称与对应的POS文件名称相同。裁切结束后,弹出提示界面,是否将裁切的点云加载进来,点击“是”按钮,可以看到裁切形成的点云加载进软件并显示在三维场景中。

  9. 航带拼接 点云与航迹线匹配:航带拼接前,需要先将点云数据与航线进行匹配,隐藏或移除裁切前原始点云数据,点击该功能按钮,点云数据和相对应的航迹线将会在窗口中以相同的颜色显示,如下图所示。

    航带与点云匹配
  10. 航带拼接 按航迹线显示点云:点击该按钮,弹出按航迹线显示点云设置窗口,如下图所示。

    按航迹线显示点云
    界面上显示了点云和对应航线的名称及颜色,点击每条航线对应的颜色按钮,将弹出选择颜色的界面,选择需要的颜色之后,点击“确定”按钮,点云和航迹线均会显示为设置的颜色。
  11. 航带拼接 变换:点击该按钮,弹出变换界面,如下所示。

    变换
    • 11.1 变换主要是设置安置误差修正值,点云数据根据该修正值进行相应的变换操作,以实现最终基于航带的点云拼接。要获取高质量的拼接结果,安置误差修正值的选取尤为重要,LiDAR360提供了自动航带拼接(自动对齐方式获取安置误差修正值)和人工航带拼接(手动输入安置误差修正值)两种方式。

      自动航带拼接

      在自动对齐窗口勾选最终需要计算的安置误差,输入平移容差旋转容差后,点击计算,LiDAR360会自动计算安置误差,并将结果显示在安置误差修正参数框内,点击“清除匹配”,可删除拼接信息,在更改相关参数后,再次计算。 自动对齐模式下计算获得安置误差后,LiDAR360会统计对齐质量,点击“对齐质量”标签页可查看该统计信息,点击“导出”按钮可保存对齐质量信息,点击“生成报告”可以生成自动配准质量报告。自动航带拼接相关原理请查看安置误差自动计算

      对齐质量
      对齐质量展示界面

      人工航带拼接
      用户也可以自己输入安置误差修正参数,人工计算安置误差请参考安置误差人工计算

      点击“应用”按钮,误差修正变换作用在选择的变换类型上。

    • 11.2 无论是自动方式还是人工方式,在变换过程中,可以采用剖面工具查看修正结果,如图所示。

      修正前
      修正前
      修正后
      修正后
    • 11.3 可以通过右侧三个按钮依次加载误差修正文件,将当前参数保存成误差修正文件,或者清除当前设置的修正。

    • 11.4 若匹配效果较好,则可将变换类型从“加载的点云”更改为“选择的点云文件”,然后点击“应用”,完成数据的航带拼接。

      变换应用
  12. 航带拼接 去冗余:点击该钮,弹出界面如下,设置去冗余相关参数,点击“确认”按钮,对重叠航线之间的冗余点进行分类/删除。
    去冗余

参数设置

  • 根据航迹线裁切点云界面参数
    • 缓冲区: 用来设置航迹线两边裁切保留的距离。
  • 变换界面参数

    • 安置误差修正
      • ΔX/ΔY/ΔZ: 安置偏移量误差修正参数。
      • ΔRoll/ΔPitch/ΔHeading: 安置姿态误差修正参数(横滚、俯仰、偏航)。
    • 自动对齐:程序自动匹配航带间的相关点,并通过平差计算最优的安置误差修正值。
      • 平移容差:最大平移量调整范围,对应ΔX、ΔY、ΔZ,程序默认设置为0.05米。
      • 旋转容差:最大旋转量调整范围,对应ΔRoll、ΔPitch、ΔHeading,程序默认设置为5°。
      • 可选项:用户可自由选择3个平移量和3个旋转量是否参与平差并计算修正值。在处理航空下视数据时不推荐修正ΔZ。默认勾选所有旋转量,而所有平移量不勾选。采用默认值即可获得较好的效果。
    • 对齐质量:如采用自动对齐,则会计算对齐前后的误差值,进行质量评估,并将结果展示在对齐质量展示界面
      • 最小误差:成功匹配的相关点的最小误差。
      • 最大误差:成功匹配的相关点的最大误差。
      • 均方根误差:成功匹配的相关点的均方根误差。
    • 变换类型

      • 加载的点云:对应LiDAR360平台加载进来和航迹线匹配上的点云,应用变换时,变换作用修改点云对应的内存数据,可在界面实时显示变换效果,退出航带拼接模块时,相应的变换被清除,没有保存下来。
      • 选择的点云文件:对应界面上勾选的点云文件,将对选取的点云文件进行变换操作,变换结果存储到硬盘上对应的文件。退出航带拼接模块时,相应的变换已保存到点云文件,不会被清除。
    • 类型
      • 分类:将点分成目标类别,并保留在原始点云中;
      • 删除:将点分成目标类别,然后将它们从点云数据中移除(注意:如果输入点云中已有目标类别点,也会被删除)。
    • 目标类:点云目标类别。
    • 格网边长:重叠区域的栅格单元尺寸(长度),用户设置该参数用于将重叠区域的点云数据进行格网化。
    • 密度:栅格单元的最小点密度。如果给定格网边长范围内的点数小于设定的点数阈值,则这些点不会被分为冗余点。
    • 按与航迹线夹角:点云和轨迹线之间的夹角,如果这个角大于设置值,那么点云将会被分为冗余点。
    • 按扫描角:如果扫描角大于设置值,那么点云将会被分为冗余点。注意:该功能只能在点云数据能够记录扫描角信息的情况下使用。
注意:
1.点云与航迹线匹配时,点云中所有点云的GPS时间大于等于某航迹线初始时间且小于等于该航迹线结束时间时,点云被视为与该航迹线匹配,否则视为不匹配。
2.因为在大部分数据上,X、Y、Z对数据的影响较小,并且Z方向坐标需要地面控制点才能得到更高的精度,因此程序中默认调整Roll、Pitch和Heading三个参数。
3.若数据POS精度不够,自动拼接之后可能仍存在一定偏移,用户可基于自动产生的结果再进行手动调整。
4.去冗余功能需要至少两对匹配好的点云和航迹线。

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