本文關鍵詞：機載LiDAR在省級基礎測繪中若干關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《武漢大學》 2014年

機載LiDAR在省級基礎測繪中若干關鍵技術研究

史建青  

【摘要】：機載LiDAR是一種新型的空間對地觀測技術,具有獲取數據精度高、速度快、范圍大,采樣密度高、直接獲取三維坐標、有一定的穿透性、多重回波及回波強度信息、同步獲取多光譜影像等特點,是對傳統(tǒng)攝影測量與遙感技術的進一步發(fā)展,解決了山區(qū)、灘涂、戈壁、森林、海島礁等特殊地區(qū)建立高精度數字高程模型的難題,可以說其是測繪技術發(fā)展的一個里程碑。 由于機載LiDAR系統(tǒng)組成單元的多樣性,以及安裝平臺在高空的運動性,使得機載LiDAR掃描數據受到多種誤差的影響,造成其原數據中不僅含有偶然誤差和粗差,而且還存在系統(tǒng)誤差；另一方面,機載LiDAR系統(tǒng)采用準隨機方式采樣,對采樣點沒有進行分類標記；機載LiDAR數據的這些特點,決定了其在使用前必須進行相應的誤差處理和分類,同時,這也是目前機載LiDAR在工程實踐中遇到的最大難題之一。論文結合江蘇省省級基礎測繪高程更新項目機載LiDAR數據,在充分分析機載LiDAR掃描數據基礎上,對機載LiDAR數據中存在的粗差點剔除方法、地面點與地物點分離的濾波算法、系統(tǒng)誤差補償方法等關鍵技術進行了研究,使得數據成果能夠滿足省級基礎測繪高程更新要求；另外,為完善省級基礎測繪手段,對海上測繪新技術——船載LiDAR系統(tǒng)進行簡單介紹和研究。 論文主要對以下內容進行了研究： 1)簡要介紹了機載LiDAR系統(tǒng)組成和工作原理,分析了影響機載LiDAR數據的誤差源,并探討了機載LiDAR點云數據特點和經典的粗差點剔除方法、地面點與地物點分離的濾波算法、系統(tǒng)誤差檢驗方法及剔除策略。 2)基于擬合平面的極低點剔除 研究了機載LiDAR點云數據極低點剔除的方法和流程。在現有粗差處理算法歸納和分析的基礎上,針對局部區(qū)域高程突變思想,提出了一種基于最小二乘擬合平面的極低點剔除方法和流程。首先以目標點為中心建立一個體元,然后對體元中的激光點進行預處理,以便消除其中較高部分的地物點,再利用剩下的激光腳點采用最小二乘法擬合一個接近地面的平面,最后判斷該點與擬合平面的距離,決定該點是否為極低點。利用ISPRS第3工作組提供的4個子樣機載LiDAR數據,對基于擬合平面的極低點剔除方法進行了實驗,并對實驗結果進行了定性分析。 3)基于多區(qū)域增長的濾波 結合點云數據特點和現實地形的多樣性,研究了地面點與非地面點分離的方法。在對已有基于各種假設提出的濾波算法分析的基礎上,提出了一種基于多區(qū)域增長的地面點與非地面點分離的濾波算法和流程：首先對整個測區(qū)進行窗口劃分,然后將窗口內的最低點做為種子點,按照設定的坡度閾值與其鄰域內的激光腳點進行比較,判別該激光腳點是否標記為地面點；以此法比較其鄰域內的其它激光腳點,直至比較完畢；然后對窗口內標記為地面點的激光腳點繼續(xù)做區(qū)域增長,直到再沒有新的地面點增加為止；再按照同樣的方法對其余窗口進行地面點區(qū)域增長,直至覆蓋整個測區(qū)；最后,對窗口重新劃分,標記的地面點繼續(xù)在窗口內做區(qū)域增長；如此,對地面點與非地面點進行分類。利用ISPRS第3工作組提供的6個子樣機載LiDAR數據和江蘇省測繪地理信息局提供的2個區(qū)域的機載LiDAR數據,對基于多區(qū)域增長的濾波算法進行了實驗,并進行了定量和定性分析。 4)基于最小二乘配置的系統(tǒng)誤差補償 研究了機載LiDAR數據系統(tǒng)誤差補償方法。在總結和分析已有系統(tǒng)誤差剔除或消弱方法的基礎上,基于“數據驅動”的理論,提出了一種顧及偶然誤差和傾向參數的最小二乘配置的系統(tǒng)誤差補償方法：首先,采用網絡RTK采集試驗區(qū)內一定數量點的三維坐標數據,并提取相對應位置的機載LiDAR高程值,然后對其進行統(tǒng)計檢驗,判定其系統(tǒng)誤差是否存在,再將其中存在的系統(tǒng)誤差看作一個傾向參數,利用最小二乘配置建立數學模型去估計檢測點的傾向參數和最優(yōu)值,根據此傾向參數對試驗區(qū)的所有激光腳點進行系統(tǒng)誤差補償。最后,基于機載LiDAR數據設計了省級基礎測繪高程更新的技術方案。 5)基于船載LiDAR的海島礁測繪 采用船載LiDAR系統(tǒng)進行海島礁測繪方面的研究。本文在初步研究的基礎上對船載LiDAR測量系統(tǒng)特點、單元組成及其主要功能、算法流程進行了介紹；還對掃描點云數據校正前后的點云圖進行了定性分析；最后,利用位于黃海海域中兩個島嶼的船載LiDAR掃描數據,經數據抽稀、粗差點剔除、地面點與地物點分類等處理工作,生成了等高線圖。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P225.1
【目錄】：

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