多值体素连通区域构建下的机载LIDAR数据三维平面提取

针对现有的面向机载LIDAR数据的三维平面提取算法存在的基于离散激光点设计导致算法设计困难、仅利用几何特征的一致性导致的在平面平滑过渡区域易产生错误提取的问题,本文提出了一种多值体素连通区域构建下的机载LIDAR三维平面提取方法。该算法基于体素结构设计且综合利用了机载LIDAR数据的几何、激光反射强度信息,将传统的平面特征点聚类转换为基于体素的连通区域构建及空间约束下的反射强度值统计,给出了机载LIDAR点云数据的多值体素结构构建方案及其在此基础上的平面提取方案,有助于基于多值体素模型理论的机载LIDAR点云数据处理及应用的发展。算法具体实现过程为：① 将机载LIDAR点云数据规则化为多值体素结构,其中,体素值为体素内激光点的平均激光反射强度、曲率及法向量;② 在体素结构DSM数据中,选取小曲率体素作为种子,并标记与其空间连通且法向及激光反射强度均一致的连通区域为平面;③ 在体素结构非DSM数据中,将位于连通区域轮廓缓冲区内的激光反射强度满足统计特性的体素标记为平面。本文采用ISPRS提供的机载LIDAR实测数据测试提出算法的精度。定量评价的结果表明本文提出方法的质量和Kappa系数分别可达92.5%和89.4%,与传统仅采用几何特征的区域生长算法相比质量及Kappa系数分别提高了9.68%和11.62%。     

土地督察中的技术应用思路

<正>激光雷达(LIDAR)是一种安装在飞机上的机载激光雷达系统,通过高频率的激光束测量地面的三维坐标,得到地面物体的点云数据,生成激光雷达数据影像,经过相关软件处理后,可以生成地面数字地表模型(DSM)、数字高程模型(DEM)、数字线划地图(DLG)、数字栅格地图(DRG)和数字正射影像图     

基于等高线簇分析的复杂建筑物模型重建方法

近年来,基于LIDAR点云数据的建筑物重建模型一直是研究的热点。目前,出现的许多算法对简单建筑物,如平顶房屋、人字行屋顶及其他规则房屋的重建取得了不错的效果,但是,对于结构复杂的建筑物重建问题仍然有待解决。针对这一问题,本文提出了一种利用等高线簇分析从LIDAR数据中自动重建复杂建筑物模型的新算法。该算法是一种自底向上的数据驱动方法,以等高线所反映出的建筑物轮廓特征为基础,充分利用等高线封闭性和明确的拓扑关系,采用等高线形状分析的方法来实现建筑物的检测和模型识别与重建。算法实现分为4个步骤,首先,通过对LIDAR点云数据的DELAUNAY三角化跟踪提取等高线,然后利用等高线的长度,面积等形状参数来提取建筑物等高线,再通过拓扑分析,以及形状匹配的方法对等高线进行分簇,得到同一建筑物不同组成部分的等高线簇,最后,对各簇等高线进行模型参数优化并按拓扑关系进行重组得到完整的建筑物模型。通过对多层次、多曲面等复杂建筑物的重建实验证明了此方法的可行性。     

利用机载LiDAR数据重建大型复杂立交桥三维模型

立交桥三维模型在交通导航、景观设计等方面具有重要价值。机载LiDAR平台能够快速、准确地获取地物三维点云,有助于立交桥的提取与重建。本文提出了一种基于机载LiDAR数据的大型立交桥三维模型重建方法。该方法首先从原始数据中提取立交桥点云,然后构建三维网格并根据连通性对立交桥点云进行分割,将连通桥面进一步分割为无分叉或交汇结构且宽度保持一致的“结构单元”,接着利用道路中心线的连续性对立交桥遮挡部分进行修复,并结合桥面中心线和宽度信息对桥面进行重建,最终获得完整的立交桥三维模型。为了验证方法的有效性,本文选取了2个立交桥数据进行实验。结果表明,重建模型的正确率和完整率达均到90%以上,质量较好。本文方法能够取得较好的大型立交桥三维重建效果。     

城市三维地质数据管理与服务系统框架研究

城市地质数据的数字化管理与服务是“数字城市“工程的重要内容,3D GIS将在未来的城市数字化建设中扮演核心角色.介绍了3D GIS的发展现状及应用前景,详细讨论了基于3D GIS构建的城市地质数据管理与服务系统的设计思路和结构功能.三维数据结构的研究是3D GIS的核心问题并成为当前制约3D GIS深入发展与应用的瓶颈,由于缺乏对三维地质数据进行有效管理与可视化表达的三维数据模型,当前GIS的三维地质建模能力与三维空间分析能力都极为薄弱.在分析城市三维地质数据多种建模方法的基础上,采用一种基于TIN和TEN的混合数据结构来构建城市地质数据建模系统.针对城市三维地质数据的特点,探讨了城市三维地质海量数据的采集与管理、城市三维地质数据信息的Web发布等重要问题,力求为系统功能的最终实现提供完整的解决方案.     

美国三维高程计划(3DEP)实施情况及启示

机载激光雷达已经成为世界陆地测绘的主要手段之一.但是,目前中国还缺乏全国范围内统一、协调的机载激光雷达采集数据,导致数据重复采集、资金浪费或大片区域缺乏高质量数据.美国和欧洲一些国家已经开展了全国范围的机载激光雷达数据采集工作,其中的代表是美国三维高程计划(3D Elevation Program,3DEP).保守估计...     

基于道路格网的城市三维数据增量更新技术研究

传统空间数据库全覆盖式更新方法存在数据冗余及更新速率慢等问题,为了能够更好地支持海量城市三维数据的组织和更新工作,本文提出了一种基于道路格网的城市三维数据增量更新方法。利用城市道路格网分组、分块的特性进行城市三维数据的空间划分,建立城市格网模型,以不规则格网的形式进行城市三维数据的组织。利用城市格网模型划分的城市地理块具有不同功能属性的特点,以地理块的形式进行"时间+空间"的增量数据组织。可对城市三维数据进行时间方向和空间方向的历史回溯,改变了传统增量更新的查询管理方式。最后本文基于多基态修正模型设计了增量数据存储模型并给出了更新流程。以某市为例,开发了城市三维数据库增量更新原型系统,实现了城市三维数据的增量更新。     

基于全景真三维技术的新型智慧城市时空信息基础设施探索

我国新型智慧城市的建设对城市时空信息基础设施提出了更高的要求,迫切需要加强包括大数据、云计算等新技术的深入应用。本文重点探讨基于多传感器技术(包括机载激光扫描技术、多角度倾斜摄影技术在内的航空摄影)和高度自动化后处理新技术的全景真三维技术特点及优势,并以北京城市副中心为例,探索基于全景真三维技术的智慧城市时空信息基础设施建设及其应用。实践表明,全景真三维技术能够快速提供真实统一、高精度、多层次的城市模型数据,为城市规划、建设、治理和运营提供了事半功倍的信息化手段,是一种构建新型智慧城市时空信息基础设施的新思路。     

一种基于机载点云的DEM生成方法研究

DEM即数字高程模型,是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟。DEM具有许多生产方式,作为直接获取对象表面点三维坐标的现代对地观测技术,机载激光扫描在DEM构建方面具有很大优势。因此,本文研究了一种基于机载激光点云数据的DEM生成方法,该方法的关键在于机载点云的地面滤波处理。本文提出了一种改进的渐进三角网滤波方法,通过计算各点坡度以及邻域范围内的高差最大值,进行直方图统计分析,实现高度及角度阈值的自适应估计。将本文结果与人工滤波及布料滤波方法进行对比分析。实验结果表明,本文方法的结果更加贴近人工滤波处理效果,可有效提高DEM生成的精度。     

直升机载LIDAR测量技术在高速公路改扩建勘测中的应用

针对高速公路改扩建勘测的特点与精度要求,本文提出直升机载LIDAR测量技术。首先,采用直升机搭载LIDAR沿高速公路中线低空、低速飞行扫描获取路面点云数据,然后通过高速路两侧硬路肩预布设的控制点对点云平面坐标和高程进行改正、拟合,以使点云精度与密度满足高速路改扩建勘测设计需求。该技术在京藏高速银川段改扩建工程中得到了应用,成果精度完全满足要求。     

高精度直升机机载LiDAR在高速公路改扩建勘测中的应用可行性研究

机载LiDAR在公路勘测方面的用途日益广泛。该文对直升机机载LiDAR在高速公路改扩建中的应用技术路线可行性进行了研究论证,从地面控制测量、点云数据获取、点云数据处理、成果应用等多个方面进行了阐述,通过分析LiDAR点云数据在5种不同地面控制点布设方案校正下的点云数据精度,论证了利用地面控制点对直升机机载LiDAR点云数据进行平面和高程校正的可行性。     

基于UTM-30LX的旋翼无人机定位检测系统设计

为了确定旋翼无人机的位置信息,设计了一种采用激光雷达UTM-30LX来获取无人机定位信息的检测系统。该系统采用了激光雷达作为机载传感器获取无人机的周围环境数据,并使用了树莓派2代B型开发板来处理相关数据和控制检测系统。系统软件设计方面,采用C语言和MATLAB语言进行数据预处理、坐标投影变换、位移估计和定位。此外,阐述了定位信息检测的原理、检测系统的硬件电路设计方案和系统软件设计方案等。最后的实验数据表明,设计方案能够满足获取无人机位置信息的需求。     

多尺度相关性分析的机载双极化InSAR轨道误差校正方法

在高分辨率机载干涉SAR成像处理过程中,由于载机飞行过程中偏离理想轨迹,需要高精度的惯导系统和GPS系统记录载机的运动轨迹并进行运动补偿。然而,由于目前传感器导航精度的限制,在完成运动补偿处理后仍然存在轨道误差,从而影响干涉相位的精度,本文提出了一种机载双极化InSAR轨道误差去除方法。该方法利用小波多尺度分析对不同极化方式差分干涉相位进行多尺度分解,减弱地形误差相位、噪声相位对轨道误差的干扰,然后根据不同极化方式轨道误差的高度相关性,对相位进行降权改正,得到轨道误差改正后的差分干涉相位。为验证该方法的可靠性,分别采用模拟数据和E-SAR P波段双极化数据进行实验分析,结果表明原始差分干涉图中的轨道误差剔除明显,利用P波段获得的校正干涉图生成数字高程模型(DEM),轨道误差改正前后获取的DEM与LiDAR值的均方根误差(RMSE)分别为6.02 m和1.68 m,提高了InSAR测高精度。本研究为机载InSAR轨道误差补偿提供了一种新的思路。     

国产机载LiDAR数据采集与处理的质量控制方法研究

近年来机载Li DAR系统在国内不断发展,其测绘市场和应用领域不断扩大,提高并保证测绘精度在所难免,但是机载Li DAR系统是由多个子系统集成,各个子系统都会不同程度地引入误差,数据采集与处理的各个环节都会对最终结果产生影响。本文通过具体试验对国产机载Li DAR数据采集与处理过程中的质量控制方法进行了研究。     

基于机载激光点云数据的山区道路提取

针对山区道路特点和机载激光点云数据处理的难点,依据道路点高程特点对原始点云滤波得到地面点集,利用点邻域内法向量和坡度、邻域内平面法向量偏角方差来描述山区完好道路表面的平滑特征提取候选道路点集,根据道路几何上连通的特性设置距离阈值对候选道路点集进行欧式距离聚类精化道路点,采用形态学细化方法提取道路线。以某一山区机载激光点云数据为例,实现道路提取方法,并验证方法的可行性。     

探空气球三维数据采集器的研制

主要介绍民航监控系统中的探空气球三维(方位、俯仰、斜距)数据自动采集器的软硬件设计及实现。该采集器的主要功能有：接收探空气球三维编码器数据并处理、换算、显示；接收和显示来自PC机的时间信息；根据PC机不同指令，上传相应时刻的三维数据到计算机。计算机通过MODEM将相应三维数据传到民航空管中心。其中，在显示电路中，提出并使用了一种新的消隐方法，克服了传统静态扫描显示的闪烁现象；在软件上，针对数据的具体特点，提出了化乘除为加减，利用移位、按位补偿处理算法，明显提高效率，保证了信号处理的实时性。     

基于Skyline的三维地理信息系统应用的实践

随着计算机技术和三维数据获取技术、海量数据动态可视化技术的迅速发展,三维GIS逐步从视觉表现的应用范畴走向专题应用.由于三维GIS具有多维信息处理、表达和分析的特点,在政府决策辅助、国土资源分析、城市应急反应、虚拟旅游、智能交通、城市规划与设计、电子商务、地下管线等方面有着十分广阔的领域,特别是在空间信息的社会化服务中,基于三维GIS的应用都有着越来越明显的优越性和不可替代性.本文就基于Skyline的三维地理信息系统建设中的技术路线、系统功能、数据库设计,数据获取、管理、可视化及分析技术方面进行一些初步实践.     

基于多光谱LiDAR数据的道路中心线提取

针对城市三维激光点云中,道路与地面高程相差小、激光反射强度相近使得道路提取困难;广场、停车场等地物的高程、反射强度与道路极为相近,容易产生错误提取的问题。本文设计了一种描述道路条带信息的局部二进制特征（Stripe Local Binary Feature, SLBF）,结合LiDAR数据中的三维信息和多光谱信息获得基于强度、密度和平坦度等统计特征（Statistics-Based Feature, SBF）,并采用随机森林分类器实现了机载点云中道路面点云和非道路面点云的有效提取。通过欧式聚类精化道路点云和迭代腐蚀边界细化中心线,进而获得矢量化的道路中心线。以Waddenzee区域的多光谱机载点云数据进行实验验证,道路中心线提取结果的完整度达到94.15%,准确度达到97.95%,精度达到92.28%。实验结果表明,该方法可以有效地提取道路中心线,同时由于设计的特征具有不变性,能够适用于城市和林间小路等各种环境。     

三维城市模型数据划分及分布式存储方法

随着信息获取技术的快速发展,地理信息数据每天以TB级的数量增加。三维城市模型数据作为三维GIS的重要内容,在数字城市和智慧城市建设过程中发挥重要作用。由于三维城市模型数据结构复杂,其数据量具有海量性,因此,高效地对三维城市模型进行划分及存储,以满足数据的长效管理及三维GIS系统的快速可视化数据调度和空间辅助决策需求,成为近年的研究热点。以往的数据划分方法导致划分区域在数据调度中变化频繁,使数据更新和管理变得困难,需寻找一种更为稳定且具有普适性的数据划分方法。本文分析了现有三维城市模型数据划分方法的不足,提出了基于拓扑关系模型的大比例尺图幅划分方法,并对划分后三维模型数据进行统一命名编码;借助非关系数据库MongoDB强大的海量数据组织及高效的多并发访问功能,构建了MongoDB分片集群服务器;对三维城市模型数据进行了单元划分,并采用规则建模软件City Engine进行建模,得到三维城市模型,借助非关系数据库软件MongoDB进行数据存储实验。结果表明,基于拓扑关系模型的大比例尺图幅划分方法适用于三维城市模型数据划分,划分后数据的存储效率明显提高,MongoDB数据库的多并发访问效率具有良好的稳定性。     

基于Kriging算法的三棱柱地质体三维可视化实现

采用了一种基于Kriging算法的三棱柱三维可视化方法对地质体进行了可视化,其基本思想是首先用Kriging算法将空间任意的离散的数据点生成规则的点数据,将点数据划分成多个三棱柱,然后以三棱柱为基本单元进行地质体可视化。本系统是在Visual C++/OpenGL平台上开发而成,具有精度高、交互好的特点,经过实践运行,切实可行。