滩涂机载LiDAR点云数据滤波方法研究

机载LiDAR点云数据滤波是制作高精度数字地形产品的重要环节。通过分析常用滤波算法基本原理、滩涂机载LiDAR点云数据的特点,提出了一种基于潮汐水位高程约束,移动窗口滤波与三角网渐进加密滤波组合的滤波方法。试验表明:该滤波方法获取的滩涂地形有效点云数据质量与人工滤波结果相当,在一定程度上提高了滩涂区域机载LiDAR点云数据滤波的效率,为快速获取滩涂区域数字高程模型提供了有效途径。     

基于LiDAR回波强度数据的潮间带植被滤波方法

地面三维激光扫描技术以其高精度、高密度等优点,在潮间带地形测量中得到了非常广泛的应用。为了对潮间带地形地貌进行精确反演,必须对点云数据中的非地面点(主要是植被点)予以滤波。对地面三维激光扫描回波强度数据的距离效应进行改正,利用改正后强度数据实现了一种快速精确的植被滤波方法。实验结果表明:与商业软件利用点云几何信息进行植被滤波相比,根据回波强度数据进行植被滤波的精度约为75%,且大大减少了计算量,对潮间带高精度三维地形重构有重要研究意义和应用价值。     

结合多波束点云强度和高程信息滤波算法研究

针对含有鱼群或水草等生物水域精确地形获取困难,存在大量贴近地表的噪声点且难以滤除等问题,提出一种结合多波束点云数据强度和高程信息的滤波算法。首先根据多波束原始点云数据的强度信息对数据进行初步分类,然后利用高程四分法选取地形种子点,最后根据种子点与周围点云数据的强度和高程信息,实现数据的准确分类,达到滤波效果。试验结果与形态学滤波算法、自适应坡度滤波算法对比分析,结果表明所提算法在含有植被和鱼群等生物水域滤波效果明显,Ⅰ类、Ⅱ类误差降低了6%和10%左右,总误差降低了7%左右,验证了所提算法的有效性和可行性。     

基于三维声纳点云的水下沉井地形探测技术

为了解决水下沉井地形监测难题,给出了一种基于三维扫描声纳的地形监测方法以及地形点云的高精度快速处理方法。首先,结合沉井特点,给出了一种悬挂式三维扫描声纳扫描沉井水下地形方法;然后,结合沉井形状及点云特点,给出由降采样点云抽稀法、基于欧式距离的区域自生长算法的点云去噪方法和基于K-means++聚类算法的沉井水下地形分割方法等组成的水下地形点云处理方法,实现了基于声纳点云的地形点云快速获取及水下地形恢复。实验结果表明,该方法可有效用于沉井水下地形探测。     

基于非线性滤波的水下地形辅助导航方法

为了解决水下航行器惯性导航误差随时间积累问题,利用地形辅助导航技术进行导航位置修正。由于水下地形的非线性,对基于扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)和粒子滤波(PF)3种非线性滤波方法的水下地形辅助导航算法进行研究。针对传统基于单波束声纳量测模型在小起伏地形区域导航精度低、易发散问题,从提高量测地形信息量角度,建立了基于多波束测深声纳的量测模型。使用多波束实测地形数据进行仿真试验,结果表明:无论在粗糙地形区域还是较平坦地形区域,多波束量测模型有效缓解了3种方法易发散问题,提高了导航精度。     

基于阈值自适应确定的多波束点云滤波算法

针对水下多波束地形测量点云去噪问题,提出了一种基于阈值自适应确定的点云滤波算法。首先引入虚拟网格对多波束点云进行分区编号,并采用二次分层统计法剔除显著离群噪点;其次归一化计算网格内种子点与邻域各点的坡度角,引入k-Medoids聚类算法自适应更新坡度阈值;最后按照多尺度滤波窗口逐级对点云进行迭代运算,得到精细化地形点云。2个实验区的多波束点云滤波实验结果表明,本文算法能较好去除多波束点云的噪声和非地形点,有效提高坡度阈值的自适应性,滤波精度有明显提升,可以适用于大规模的多波束点自动化云滤波工作。     

多波束点云滤波算法初步研究及适用性分析

为提高多波束数据处理的准确性和简便性,研究了多波束水深点云处理的策略和关键算法,构建了kd-tree(k-dimensional tree)结构加速点云查找,针对大尺度噪点设计了半径滤波和统计滤波算法,针对小尺度噪点提出了双边滤波算法,并对以上算法的适用性进行了探讨分析。实验结果表明,当设置适合的滤波阈值,半径滤波和统计滤波能高效去除大尺度噪点,且保留地形特征,总误差分别为2.25%和2.76%。在大尺度噪点去除的基础上,改进的双边滤波可以实现地形平滑的同时,保持水深点云的有效数据量。研究成果为多波束点云数据的自动化处理提供了解决方案,对多波束测量工作的效果和效率提升做了有益尝试。     

基于起伏地表的小波束叠前深度偏移成像技术

油气勘探的重点正转向复杂地表条件和复杂地质条件的区域。为了较好的实现双复杂条件下的成像,将小波束引入进来,利用小束源良好的局部性和方向性,既实现对于整体的构造成像,又对局部构造进行了刻画。基于"逐步累加"的"直接下延"法是解决复杂地表成像的有效手段,能够较好的消除起伏地形的影响。基于起伏地表的小波束进行叠前成像和照明,该方法结合小束源和Fourier传播算子,首先通过小波束变换中的小束函数合成小束源,然后基于直接下延法,利用Fourier传播算子进行波场外推,完成小束源的照明和成像。对起伏地表模型进行试算,通过对单个小束源和多个小波束源偏移以及照明结果的对比分析,验证了在起伏地表条件下小波束叠前深度偏移和照明的正确性和有效性。     

一种针对滩涂LiDAR强度信息的条带噪声修正方法

针对滩涂机载激光雷达(LiDAR)数据的强度信息中存在的条带噪声,提出一种基于非线性RANSAC拟合强度联合直方图的修正算法。所提方法首先利用两个航带重叠区域数据的最近点构建强度联合直方图,之后强度联合直方图上利用二阶多项式构建归一化模型,再利用非线性RANSAC算法对二阶多项式进行拟合,最后利用拟合的二阶多项式对一条航带的数据进行强度修正,从而消除两个航带点云强度信息的不匹配现象。实验表明,相比于直接利用权重最小二乘法或RANSAC方法匹配联合直方图的强度修正方法,本文方法修正效果更好,且修正后航带重叠区的点云强度具有更好的同质性。     

南海北部内孤立波数学模型

在二层内潮数学模型的基础上,考虑非静力平衡扰动压力的影响,导出潮频内孤立波产生、传播的数学模型。该模型不受小地形假设的限制,并适用于南海。应用该模型能解释说明产生以下现象的物理机制：潮流流过巴坦-萨布坦海脊时,在一定海洋环境条件下,通过潮流与起伏的底地形相互作用可激发产生潮频内孤立波,并西传至东沙群岛附近的海域。     

面向地形匹配的多波束测深数据抽稀方法研究

基于多波束测深的地形定位是水下潜器导航技术研究和发展的重点,多波束测深数据的高精度快速重采样是水下地形匹配定位的前提。传统的实时抽稀方法因对多波束测深数据模型的过分简化而效果欠佳。参考Douglas-Peucker算法和点云数据抽稀方法,采用角度-弦高联合准则对多波束每ping数据进行抽稀处理,参考导航地形图对抽稀后的多ping数据基于点云离散度进行二次抽稀处理,从而实现多波束测深数据的高精度快速抽稀处理。典型的数学仿真地形和实测多波束条带数据实验表明:文中提出的抽稀方法数据抽稀率仿真地形在85%以上,实测地形在90%以上,数据抽稀前后点云构成的曲面DEM误差在3%以内,并且算法实时性较好。     

基于四叉树的多波束水深数据快速检索方法

针对水下地形测量仿真器中的多波束测深结果仿真环节中,对海量已知水深点云数据进行处理时存在的检索效率低、内存占用大的问题,设计了一种基于四叉树的数据处理方案。以四叉树数据结构并采用序列化方式存储索引文件,提高点云数据的检索效率;通过内存映射的方法读取海量点云数据,减少内存占用。数据实验表明:相对于常见的遍历检索,在检索点云数不超过总点云数的约四分之三时,四叉树水深点云检索效率提高了1倍以上;在检索点云数越少,总点数云越多时,四叉树水深点云检索的效率最多可提升30倍以上。基于四叉树的数据处理算法可有效地提高点云数据的检索效率,适合于多波束测深结果仿真过程中的海量点云数据的处理。     

基于VTK的地形三维可视化程序设计与实现

对基于开放的可视化工具包（visualization tool kit,VTK）可视化图形库的地形三维可视化进行了研究,并在VC开发环境下利用MFC设计开发了地形三维可视化程序。通过对VTK地形可视化中三维建模、颜色映射和纹理贴图等关键技术的分析,利用VTK可视化类库管线流的方法,高效地实现了离散点坐标数据的读取、数字高程模型的建立以及地形三维可视化显示与交互功能。     

城市高精度GPS网到CGCS2000的转换方法

详细介绍了已建立的非2000国家大地坐标系的城市高精度GPS控制网成果到CGCS2000成果进行坐标转换的三种方法,即参考框架和参考历元转换、七参数转换和重新进行网平差;并以某市B级GPS控制网为例,对不同转换方法的精度及误差产生的原因进行了深入的分析,得出了采用七参数进行转换,既能保证成果精度又比重新进行网平差数据处理更简便而且实用的结论。     

基于富钴结壳微地形采集头载荷波动性仿真研究

根据富钴结壳微地形的数字高程模型进行分类,得到某个特定高程差下9种地形模型。针对基于富钴结壳微地形的采集头切削过程,编制仿真程序进行模拟。仿真结果表明相同高程差地形模型(SS,MS,LS)、(SM,MM,LM)、(SL,ML,LL)的波动系数平均值对应为(0.35583,0.33142,0.32795)、(0.39355,0.41104,0.39326)、(0.48822,0.46608,0.50516),数据表明地形的高低对载荷波动性的影响不明显;不同类型地形模型(SS,SM,SL)、(MS,MM,ML)、(LS,LM,LL)的平均值对应为(0.35583,0.39355,0.48822)、(0.33142,0.411 04,0.466 08)(0.32795,0.39326,0.50516),数据表明地形起伏越大,对应的载荷波动系数也越大,采集头切削过程越不平稳。     

基于改进SICP算法的多源点云配准研究

三维激光点云数据具有精度高、数据获取高效、几何信息丰富的优势,在地形数据获取方面起到了越来越重要的作用。但在实际的外业测量中,由于视场角限制,一般都难以获取待测物体完整的点云数据,发生数据缺失现象。而根据摄影测量技术生成密集的影像点云,能获取复杂区域的测量数据。针对三维激光点云数据外业采集缺失的状况,结合影像密集点云特征,提出了一种加入动态迭代因子和分步最优求解尺度的改进尺度迭代最近点(scaling iterative closest point, SICP)算法,对影像点云与三维激光点云进行配准研究。实验结果表明:基于改进的SICP算法提高了影像点云与三维激光点云的配准精度、减少了迭代次数,能有效解决不同源平台获取的点云数据融合问题。     

集成虚拟格网和八叉树的点云数据管理方法

为实现大规模点云的快速组织和检索,提出了基于内外存动态调度的虚拟格网与八叉树相结合的点云数据索引和组织策略。该方法利用虚拟格网对点云进行节点分割和存储,并结合磁盘映射与内外存动态调度技术,将节点进行构八叉树以实现点云数据高效的组织与检索。实验证明,该方法可在计算机内存资源有限的情况下,以较小的内存消耗实现十亿级规模点云的快速组织和检索操作。     

Numerical simulation of non-gaussian process of wind waves

In this paper further mathematical analysis on "correlation transfer technique" by Polge el al. is carried out, the tenable conditions and the extent of suitability for the said method are proved as well. In consideration of the influence of skewness of the sea surface elevation on spectral shape, a "quasi-correlation transfer techique" is developed by the modification of the simulated target spectrum. Meanwhile, the numerical simulation of the non-Gaussian process of wind waves is carried out in view of the two conditions of the surface elevation probability distribution and the spectrum. By using its simulated results, the influence of skewness of the sea surface elevation on two parameters in the distribution of wave heights (which had been fitted by using the Weibull distribution) is analysed. The "quasi- correlation tranfer technique" is verified and compared with the selection wave data observed in the Jiaozhou Bay in the period of 1980 to 1981. Results make clear (hat, as far as the statistical d