机载LiDAR技术在地质调查领域中的几个典型应用

作为一种新型的主动式对地观测手段,机载激光雷达(light detection and ranging,Li DAR)技术可获取高精度的地表三维数据,精细刻画真实的地貌特征,为地质领域中的地貌分析提供直接观测数据。围绕机载激光雷达技术的优势,结合其在地表塌陷、滑坡和断裂构造信息探测3个方面的应用示例,论述了机载Li DAR技术在地质调查领域中的实际应用情况。分析表明:机载Li DAR技术可在大尺度区域微地貌形态调查中发挥优势,能有效识别植被覆盖区的地表塌陷、滑坡边界和细微错断地貌,而且有利于进行地表塌陷填方量计算、滑坡稳定性评价、地貌参数和裂隙的几何定量信息提取等,在地质调查领域中具有广阔的应用前景。     

机载LiDAR技术在公路建设中的应用——以喀喇昆仑公路为例

以喀喇昆仑公路为研究对象,规划机载Li DAR地形测绘流程,并对该过程中的数据采集、数据处理进行了分析。积累和掌握机载激光雷达在公路建设中的经验,证明该技术可以提高我国公路建设的质量和效率,对拓展机载激光雷达技术的应用具有重要意义。     

基于机载LiDAR点云数据精细DEM生产中数据精处理的研究

机载激光雷达数据的处理是自动滤波和DEM成果生成之间一个最关键的步骤,精处理的效率和处理精度直接决定了整个DEM制作过程的效率和成果的精度。以Terrasolid机载激光雷达数据处理系统为基础,介绍在Microstation v8平台下进行快速Li DAR点云数据精处理的方法。     

机载激光雷达技术在滑坡调查中的应用——以三峡库区张家湾滑坡为例

机载激光雷达(light detection and ranging,Li DAR)技术具有受天气干扰小、能穿透一定厚度植被获取地表信息和数据处理过程相对简单等优势。通过与定位定向系统(position orientation system,POS)集成,机载Li DAR点云数据可快速生成精细数字高程模型(digital elevation model,DEM)。DEM是滑坡调查与监测的一种基础图件,其精细程度可直接反映地表形态的微小变化。通过DEM可在三维环境下准确地对滑坡特征参数进行定量分析。利用Li DAR技术对湖北省秭归县张家湾滑坡进行了识别与参数提取的研究和应用。首先,利用航带平差法和不规则三角格网加密对获取的点云数据进行检校与滤波处理,制作出高精度DEM成果;然后,通过DEM生成的山体阴影图、坡度图和地表粗糙度图,实现了对滑坡体的定性与定量分析;最后,完成对分析结果的评估。结果表明,机载Li DAR生成的高精度DEM可以清晰地识别出滑坡,并能够准确地对各种滑坡要素进行定量提取和分析。     

机载激光雷达(LiDAR)测量在公路三维测设中的应用

精密数字地面模型(DTM)是进行公路三维测设的基础。吉林省东部山区地形复杂,植被茂盛,传统全野外测量获取DTM难度大、周期长、精度低。从2011年起,我院开始利用机载Li DAR技术获取DTM数据产品,成功应用于7条高等级公路的勘测设计中,证明了在四季分明的广大北方地区机载Li DAR在公路三维测设中具有较好的实用性和应用前景。     

基于LiDAR点云数据的地物几何特征提取与制图

从机载激光雷达数据自动识别地物对象,可提高数据的解译能力,成为快速、高效地形图测量、数字地籍、三维城市等数据获取的有效途径。本文基于机载Li DAR数据和遥感数据,进行快速数据获取与制图研究,充分利用激光雷达获取数据质量高的优势,通过高密度、不规则点云分析,构建建筑物、树木、地表、电力线等地物的离散几何模型,从而提高点云数据的分类精度及制图自动化。根据描述地物使用线和面以及纹理、颜色的方面的约束条件,通过构建点云的离散几何模型,对高维数据进行降维,达到高精度构建地物信息。应用法线估计法,计算邻域法线的各项异性的相似度,判断相邻网格是否属于一个平面,结合区域增长法构建规则地物的几何模型;采用自组织神经网络法对点云数据进行处理,利用自由曲面描述地物,以长春师范大学校园为例,实现了Li DAR点云数据的地物几何信息提取与制图。     

机载LiDAR全波形数据分解的研究与应用

近年来,新兴机载全波形Li DAR技术在摄影测量与遥感领域受到广泛关注。其相比传统机载Li DAR的优势在于它对后向散射回波信息进行了完整的数字化记录。波形分解是波形数据处理的重要环节,通过波形分解不仅仅可以得到高质量的三维点云产品,还能够提高DEM的生成精度并辅助点云的精确分类,随着研究的不断深入,全波形数据将在更多领域发挥更大的实用效益。     

合肥地区平流层气溶胶地基激光雷达与SAGE卫星探测比较

为了解中国上空SAGE反演的平流层气溶胶数据质量,将合肥地区地基激光雷达观测10年(1996年—2005年)的气溶胶数据与SAGE资料进行比较。通过较为系统全面的比较分析,得到如下结果:(1)10—30 km内SAGE与Li DAR分析的气溶胶变化趋势较为一致,出现峰值和低值的位置也较为接近;(2)SAGE结果普遍比Li DAR测量的偏小,对应的平流层气溶胶AOD差异显著,定量表现为:激光雷达获取的平流层气溶胶AOD基本约为0.004,SAGE反演的平流层气溶胶AOD基本约为0.002,只有前者的一半;(3)两者分析的20—35 km气溶胶季节分布差异较小,再次表明平流层气溶胶比较稳定。     

机载激光雷达数据的地物分类方法及处理方式

机载激光雷达技术衍生于传统的工程测量中的激光测距技术,是传统雷达技术与现代激光技术结合的产物,是遥感测量领域的一门新兴技术。随着机载激光雷达数据的不断发展,其在基础测绘、城市三位建模、铁路、电力等领域有着越来越广泛的应用,然而机载激光雷达数据刚扫描完的数据全部存放到一个点云层,不利于后期数据的分析、应用。因此,本文以处理吉林省白城市激光点云数据的方式为例,介绍了机载激光雷达点云数据的处理方式及地物分类的原则。     

利用机载LiDAR进行浙江省滩涂地形测量的航飞条件研究

机载激光雷达系统(Light Detection and Ranging,简称Li DAR)是一种综合应用激光测距仪、IMU、GPS的新型快速测量系统。在利用Li DAR技术进行滩涂地形测量航飞时,制定合理的航飞计划是整个项目的关键。由于Li DAR扫描与摄影只能获取瞬时水面以上部分的地形信息,受当时水位等因素的影响,潮浸地带的地形不能完整显示。为了在航飞时获取较多的滩涂的Li DAR数据,必须兼顾潮位因素和航飞效率,找到两者的平衡点,其余的因素包含大气条件、太阳高度角等。根据浙江省沿海地区各种自然条件背景,研究合理的航飞方案。     

机载激光雷达技术在海南东环线铁路抢险中的应用

本文对机载激光雷达测量技术进行了介绍,并以海南东环线铁路抢险为例,阐述了机载激光雷达测量技术的作业流程,对抢险中的一些实际经验进行了总结。通过对成果的精度检查,证明了机载激光雷达测量技术在铁路抢险中的应用是可行的,并且其获得的数据精度能够满足铁路抢险的需求。     

改进的线性预测滤波算法在机载LiDAR点云中提取DEM的应用

在机载Li DAR点云数据处理中,如何从原始点云中提取地面点进而生成DEM(Digital Elevation Model)成为当下机载Li DAR点云数据处理的重要研究方向。针对传统线性预测算法存在的不足,对传统线性预测滤波算法在噪声点剔除、数据格网化分块、迭代终止条件判断、重要滤波参数设置等方面进行了改进,并利用国际摄影测量与遥感协会提供的实验数据,对4块实验区进行改进后的算法验证,结果表明,改进后的滤波算法提高了滤波的总精度和地面点的精度。     

机载激光雷达测量技术在铁路勘测中的应用

本文研究了机载激光雷达技术应用于铁路勘测设计数据处理工作中的关键问题,并将机载Lidar测量技术与传统航测技术进行了对比分析,提出了机载激光雷达数据处理方面还需深入探讨的问题。     

利用机载LiDAR数据和高分辨率图像提取复杂城区建筑物

在复杂城区内部通常存在大量的阴影,建筑物的屋顶也有多种类型,这使得利用高分辨率遥感图像自动提取建筑物变得困难。针对上述2个问题,提出了一种综合利用高分辨率图像与机载Li DAR数据的城市建筑物提取新方法。首先,对归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和Li DAR高度数据设定阈值得到初步的建筑物提取结果;然后,分别利用阴影区NDVI、图像纹理和形态学滤波来改进结果;最后,采用局部的机载Li DAR数据和Quick Bird图像,对提出的方法进行验证,并与现有方法进行比较。研究结果表明,该方法可有效减少由阴影和不同屋顶特征所造成的错误识别,显著提高了建筑物提取精度。     

基于机载激光雷达点云数据提取林木参数方法研究

本文通过黑河流域遥感—地面观测同步试验,获取林木参数,对机载激光雷达与实地观测获取的林木参数进行对比分析,论证了本文提出的基于机载激光雷达点云数据提取林木参数的算法是可行的。试验通过机载激光雷达点云数据,研究由点云数据生成冠层高度模型(CHM),提出从CHM中提取单株木参数(树高、冠幅等)的关键算法;同时,通过在试验区布设1个100m×100m超级样地和16个25m×25m的子样地,利用DGPS和全站仪对单株木进行精确定位与树木参数测量。     

基于机载LiDAR点云滤波的矿区DEM构建方法

机载Li DAR数据是进行矿山高植被覆盖区地面塌陷调查的有效工具。利用湖南某矿区的机载Li DAR点云数据,提出了一种基于区域分割的渐进三角网滤波构建DEM的方法。首先,对原始机载Li DAR点云数据进行重新组织,以提高邻域点计算效率;其次,结合高程差计算区域统计值,按照地形情况分割测区内的地面点和非地面点,利用地面点构建初始稀疏TIN模型;然后,通过计算其他点与TIN的距离,渐进加密三角网,提取地面点;最后,剔除孤立点,生成格网间距为1 m的DEM。研究结果表明:基于区域分割的渐进三角网滤波构建的DEM能够较为精细地表达地形信息,特别在高植被覆盖区域,能够提取出高精度的真实地表DEM,可更加准确地表达出矿区高植被覆盖区的地表塌陷位置和范围等信息。     

LiDAR三维重建中基于CSG方法的扩展研究

针对机载激光雷达(airborne light detection and ranging,Li DAR)数据三维重建中运用构造表示法(constructive solid geometry,CSG)无法对复杂模型自动地进行基元分解、基元模型识别以及模型集成等问题,提出了一种基于CSG扩展的三维重建方法。该方法利用建筑物等高线的分族特性,通过等高线分族实现了CSG方法中复杂建筑物模型的层次划分和基元分解,在此基础上,结合建筑物分层等高线族特征和分层轮廓线的重建结果来辨别基元类型,实现了CSG方法中基元的自动识别,并依据其识别结果采用相应的重建方法完成模型基元的分部重建,最后依据一套有效的模型集成规则实现了复杂建筑物整体模型的自动建模。通过大范围的Li DAR数据进行试验,验证了基于CSG扩展方法对复杂建筑物三维建模的有效性。     

机载激光雷达在公路纵横断面测量中的应用

本文介绍了机载激光雷达(LiDAR)系统原理和点云数据处理流程,结合高速公路纵横断面测量项目实例,阐述了机载激光雷达生产的航线规划设计、数据获取及数据处理,并对生成的DEM质量进行了验证,结果说明机载激光雷达能满足公路纵横断面测量的精度要求。     

基于DGNSS+INS紧组合POS的小型机载激光雷达在抽水蓄能中的应用

为解决抽水蓄能电站大高差、植被覆盖区域传统测量技术测量困难以及航摄测量精度低等问题,将飞马多旋翼无人机D2000与小型机载激光雷达D-LiDAR2000引入抽水蓄能电站测量中。本文以贵州省某抽水蓄能电站可研设计阶段测量为例,应用小型机载激光雷达D-LiDAR2000获取测区原始三维点云数据,并基于后处理DGNSS+INS紧组合解算的POS对原始点云进行了融合。经过植被透过性分析、航带误差分析、平面和高程精度检查,结果表明基于DGNSS+INS紧组合POS融合的小型机载激光雷达D-LiDAR2000的点云数据能够满足抽水蓄能电站数字高程模型、大比例尺地形图等产品的生产需求。     

机载激光雷达数据处理方法的研究与应用

介绍了机载激光雷达数据的处理方法、对地定位原理、测量的几何模型、系统的主要构成及主要技术指标,以及机载激光雷达数据在各行业的应用方向。