一种基于地形预分类的渐进加密点云滤波方法

经典的渐进加密三角网算法采用同一套参数难以在平地/山区混合的机载激光点云数据中取得良好的滤波结果。针对该问题,提出了一种改进的、基于地形预分类的渐进加密滤波方法。首先利用单一参数进行初次滤波,并根据滤波结果获取地形预分类结果;然后针对平地/山区地形特点,利用不同参数进行二次滤波,得到不同地形更精细的滤波结果;最后对不同地形的地面点进行合并,生成最终滤波结果。实验结果表明,基于地形预分类的渐进加密滤波方法生成的数字高程模型的均方根误差为1.733 m,显著优于经典方法。     

顾及地形断裂线的LiDAR点云滤波方法研究

针对山区LiDAR点云的特点,对TIN滤波算法的三个重要环节进行了改进:1利用一种简单、快速的随机化格网搜索算法来获取更多的精确初始地面点;2提出一种地形预测角的判断准则来提高地形断裂线附近区域的滤波精度;3对每个激光脚点设置加密优先级,并在滤波过程中动态调整优先级大小,优先级高的激光脚点先进行判断,加密优先级的引入提高了TIN滤波算法对地形的适应性。最后,采用两块分布有大量地形断裂线的山区数据进行实验验证,并与传统的TIN滤波算法进行比较分析,结果表明,改进后的TIN滤波算法可以有效地保留山区的地形断裂线特征,提高了算法在山区的滤波精度。     

基于改进的逐行双向标识法机载LiDAR数据滤波技术

分析现有主流滤波算法的优缺点,针对缺点,提出了POBL(progressive one-dimensional and bidirectional labelling )滤波算子,该算子在滤波时同时采用三种分类尺度,即高程差、坡度差、长度,有效地克服了现有滤波算法分类尺度单一,不能适应各种复杂地形的缺点。最后对POBL滤波算子进行了试验,试验表明该算子能够适应各类复杂地形,特别是地形突变以及地物表面与地形表面之间高程差异不大的区域,所获取的滤波结果的正确率相对于其他滤波算子有显著的提高     

基于多分辨率层次分类的机载LiDAR点云滤波方法

针对复杂地形环境滤波的需求,提出一种具有较强抗差稳定性的多分辨率层次分类滤波算法。该方法首先对原始点云数据进行格网化,主要通过设置格网分辨率值将数据分为3个层次,在每一层通过改进的局部最小值法选取初始地面种子点;然后利用薄板样条函数迭代内插生成栅格曲面,根据定义的残差阈值判定方法,完成点云的分类;分离出的地面点作为下一次迭代的种子点用于构建栅格曲面。利用ISPRS提供的15个训练数据对该方法进行实验,将实验结果与8种经典滤波算法进行对比分析,证明该方法在适应不同地形环境方面具有较强的稳健性。     

一种基于分割的机载LiDAR点云数据滤波

针对当前滤波算法在处理地形不连续区域或存在复杂建筑物区域时容易过分＂腐蚀＂地形并难以去除一些低矮植被的不足,提出了一种基于分割的机载LiDAR点云滤波算法。首先,对原始点云基于地表连续性进行分割;然后,在移除点数目较小的粗差点集之后采用对分割点集建立缓冲区的方法,区分地面和非地面点集;在较大地物经过迭代分割基本移除之后,使用约束平面的方法移除高度较小的地表附着物以实现滤波。实验结果表明,与经典滤波算法相比,该算法提高了地面点的分类精度,在滤除地物信息的同时能有效地保留地形特征。     

ICESat-2机载试验点云滤波及植被高度反演

新一代星载激光雷达卫星ICESat-2将采用多波束微脉冲光子计数技术,并进行高程剖面式的对地观测。由于该点云数据具有背景噪声大、密度低并呈线状分布等特点,传统的点云滤波算法并不适用,研究新的点云滤波算法十分必要。本文以ICESat-2的机载模拟器MABEL数据为例,首先介绍了微脉冲光子计数激光雷达的基本原理和数据特点,并针对高程剖面点云提出基于局部距离统计和最小二乘局部曲线拟合的点云滤波算法;然后,对美国加利福尼亚州Sierras-Forest地区MABEL试验中532 nm通道的光子点云进行滤波处理,并利用识别的地面点插值得到3 m分辨率的线状DEM,进而估算了该区域美国云杉的平均树高;最后,对该滤波算法进行精度评价,并分析了误差来源及其对DEM精度和树高反演精度的影响。结果表明:(1)该算法整体精度达97.6%,能有效剔除绝大部分噪声点且对地形起伏具有较强的自适应能力;(2)误分噪声点影响了滤波过程中局部地形的拟合,而滤波过程中的分类误差将降低DEM和树高反演的精度。     

基于多尺度维度特征和SVM的高陡边坡点云数据分类算法研究

为解决复杂场景下高陡边坡点云数据的植被过滤问题,首先研究了高陡边坡上植被和岩石激光点云的多尺度维度特征;然后利用支持向量机(support vector machine,SVM)构建分类器,针对高陡边坡点云数据提出滤波算法,并编制了三维激光点云滤波软件LIDARVIEW。实验数据表明,复杂场景内不同尺度的植被均得到很好识别,滤波算法分类精度较高;算法不受激光点云的密度、遮挡和复杂地形的影响,且适用于机载雷达点云数据的滤波;植被覆盖率高的岩石分类精度高于93%,植被覆盖率低的岩石分类精度高于97%。算法对山丘区有复杂地貌的高陡边坡地形测量具有重大研究意义。     

虚拟格网分类支持下的密集匹配点云布料模拟滤波

为了提高倾斜影像密集匹配点云滤波算法在地形复杂场景的精度、效率及自适应性,针对传统的布料模拟滤波算法的不足,本文提出了一种基于虚拟格网分类的布料模拟滤波方法。该方法首先构建带有缓冲区的虚拟格网;然后将虚拟格网按其范围内的点云坡度划分为平地、缓坡、陡坡3种类型;最后针对不同类型的虚拟格网,使用相应的布料参数进行布料模拟滤波,从而实现倾斜影像匹配点云在地形复杂场景中的点云滤波,与单一参数的布料模拟滤波进行对比试验。结果表明,基于虚拟格网分类的布料模拟滤波方法结果更接近于目视解译,该方法适合混合地形滤波。     

基于共轭地表曲面的山脊线和山谷线提取方法的研究

从数字化地形资料中自动提取山脊线和山谷线的技术,在测绘、工程设计等方面有着重要的意义。本文对地形流水模拟法提取山脊线和山谷线的方法进行深入研究后,提出利用共轭地表曲面的概念实现自动提取算法山谷线和山脊线的方法,并设计出了基于共轭地表曲面的地形流水模拟法自动提取算法山谷线和山脊线的算法。文后通过实验验证了该方法的有效性,它所提取的山脊线和山谷线与实际地形相符合。     

地形自适应车载LiDAR点云滤波

针对车载LiDAR点云进行地面点滤波时,基于常规TIN、坡度等滤波算法不能根据局部地形变化自动调整阈值的问题,该文结合城市点云特征和地形起伏度,提出地形自适应的车载LiDAR点云滤波方法。该方法通过引入地形自适应参数进行区域增长阈值的动态调整,实现地面点、非地面点的自动精确滤波。通过实测数据试验,结果表明该方法可适用于车载LiDAR城市点云中地面点和非地面点的较精确分类,解决低矮浅丘、低矮灌木等地物点不容易正确分类的问题。     

多尺度邻域特征下的机载LiDAR点云电力线分类

利用机载激光雷达技术三维测量精度高且获取快速的优点进行电力线自动分类提取已成为点云数据处理与电力应用的重要领域。针对电力线分类模型的自动化和高精度需求，本文提出了基于三维多尺度邻域特征的机载LiDAR点云电力线分类提取模型框架，主要包括4个步骤：电力线候选点滤波、多尺度邻域类型选取、形状结构特征提取和支持向量机分类。通过对2个复杂城市区域的试验数据集和8种不同邻域类型的详细结果对比分析，发现基于多尺度圆球邻域形状结构特征的分类模型结果准确率、召回率和质量分别达到97%、94%和93%，同时整体处理时间在2个试验数据中分别从366、256 s减少到274、160 s。试验结果表明，该方法在多种复杂城市场景中能够实现机载LiDAR数据的电力线较高精度分类提取。     

知识引导下的城区LiDAR点云高精度三角网渐进滤波方法

针对城区LiDAR点云特点,提出一种基于知识的三角网渐进滤波方法：①对格网内插后的栅格数据进行面向对象分割;②采用迭代Otsu聚类手段对地面对象与非地面对象自动分离;③针对分类结果构建初始三角网,并自适应调整地面点判据参数,达到提高滤波质量目的。选用ALS50系统真实数据进行滤波实验,并与传统方法滤波结果进行精度评价,评价结果表明：基于知识的滤波方法能进一步提高点云滤波质量。     

机载激光点云数据中电力线自动提取方法

提出了一种从机载激光点云数据中自动提取电力线的方法。首先利用顾及地形起伏特征的机载激光点云自动滤波方法移除地面点,利用维数特征以及方向特征自非地面点中分割获得电力线激光点云;然后对获取的电力线点采用二维霍夫变换和最小二乘拟合的方法求取每条电力线的中心线方程,根据中心线方程求取每条电力线上的激光点完成单电力线目标提取,并考虑了电力线在水平投影面内重叠时的情况;最后根据分块质心解算方法生成每条电力线上的三维节点,输出电力线矢量。采用实际线路巡检实验采集的机载激光点云数据进行实验,实验结果表明,该方法能从机载激光点云数据中提取出完整的电力线,并具有较好的鲁棒性,对电力巡线具有一定的实际意义。     

利用LiDAR点云强度的十字剖分线法道路提取

由于道路与地面在空间上表现相近,因此,仅用空间坐标无法从LiDAR数据中直接提取道路。机载激光扫描系统在获取对象三维信息的同时,也记录了激光经由反射的强度信息,因此能从空间坐标和辐射两个方面表现地物的特性。结合这两种相对独立的信息在激光扫描数据中进行道路提取,提高了提取结果的稳定性。首先利用激光扫描数据的高程滤波去除非地面点;再通过强度信息进行阈值分割得到包含干扰的初始道路区域;然后,利用两组十字剖分线检测初始区域在4个方向的狭长性与宽度一致性,使得狭长状、区域宽度较一致的道路区域同干扰区域具有不同的权值,从而提取真正的道路区域;最终通过对道路区域的细化和平滑,得到道路中心线。实验表明,该方法能够较好地在LiDAR数据中提取出道路并得到道路中心线。     

决策树算法在西藏遥感影像分类中的应用研究

将决策树算法引入到遥感影像分类中,以提高分类的精度。首先对影像进行预处理,然后利用C5.0算法在分析地物光谱特征、纹理特征、归一化植被指数的基础上,自动提取分类规则,构建决策树,实现地物的自动分类。为验证该算法的有效性,选取西藏某地区TM影像作为实验数据,与监督分类的精度进行对比,实验结果表明,决策树分类方法能取得较好的分类效果。     

TLS三维点云聚类滤波算法应用研究

现有地面三维激光扫描点云数据滤波算法较少,针对地形复杂区域的点云滤波效果更是不甚理想,因此对二维聚类算法进行改进,提出三维点云聚类滤波算法,并对其在地形复杂区域的TLS数据滤波中的应用进行研究。以重庆鸡冠岭危岩体的TLS数据为例,分别采用曲率平滑滤波方法和文中提出的点云聚类滤波方法处理,并对两种方法处理过的数据进行形变量计算和分析。实验证明,针对植被覆盖茂密、地形复杂的山体,该方法的点云滤波效果较好,且处理速度有较大提升,能为点云后期形变量计算提供较好的基础。     

TERRA: Terrain Extraction from elevation Rasters through Repetitive Anisotropic filtering

Over the past decades, several filters have been developed to derive a Digital Terrain Model (DTM) from a Digital Surface Model (DSM), by means of filtering out aboveground objects such as vegetation. In this filtering process, however, one of the major challenges remains to precisely distinguish sharp terrain features, e.g. ridges, agricultural terraces or other anthropogenic geomorphology such as open-pit mines, riverbanks or road ramps. Hence, loss of elevation data around terrain edges (and consequent smoothing) is very common with existing algorithms. In terraced landscapes, the preservation of precise geomorphology is of key importance in digital terrain analyses, such as hydrologic and erosion modelling, or automatic feature recognition and inventorying. In this work, we propose a new filtering method called TERRA (Terrain Extraction from elevation Rasters through Repetitive Anisotropic filtering). The novelty of the algorithm lies within its usage of terrain aspect to guide the anisotropic filtering direction, therefore maximising the preservation of terrain edges. We derived six DTMs from DSMs using UAV Structure from Motion (SfM) photogrammetry, laser altimetry and satellite sources (grid resolutions ranging from 0.1–1.0 m). The results indicated a close agreement of DTMs filtered using the TERRA algorithm and reference DTMs, while terrace risers were well preserved even under thick canopies of vines and trees. Compared to existing filtering approaches, TERRA performed well in minimising Type I errors (false ground removal), while Type II errors occurred locally where vegetation was covering the terrace edges. Given the promising filtering performance, and supported by the minimal requirements of parameterisation and computation, the TERRA algorithm could be a useful tool in DTM preparation for digital terrain analysis of agricultural terraces and similar hillslopes characterised by a complex mosaic of sharp terrain and non-terrain features.     

基于Otsu方法点云粗分类的渐进三角网滤波算法研究

针对传统渐进三角网滤波方法需要针对不同的地形条件频繁调整滤波参数,并且对低矮地物滤波效果较差等问题,结合图像分割中的Otsu方法,提出一种基于Otsu方法点云粗分类的渐进三角网滤波算法。在对原始点云数据粗分类的基础上,以点云类别属性引导滤波过程。实验结果表明,方法简单可行,可以有效地控制低矮点被误分类成地面点的可能性,提高滤波处理结果的准确性。     

基于ENVI+IDL的水体提取后处理实现研究

通过IDL语言调用ENVI二次开发函数库,首先基于多波段谱间关系法实现华南山区细小水体的自动提取,然后利用数学形态学膨胀滤波算法对图像进行断线连接和小孔填充,最后通过对比形态学腐蚀算法和Pavli-dis异步细化算法对图像进行细化处理,从而得到比较理想的细小水体。结果表明:该方法能够有效解决水体提取后断线连接、空洞填充及细小水体细化等问题,从而为水体自动、快速提取和分类提供有力帮助。