对山地丘陵地形多点通视区域建模的数学方法

运用数学建模的方式,对山地丘陵地理环境中任意多点在特定高度的可视范围进行了研究.通过计算单一观察点与周围地形的切点集合,构成单点通视锥面,求出该观察点在特定高度的通视范围轮廓,再对多点的通视范围轮廓进行合并,并对整个通视轮廓取样进行光滑;最后形成山地丘陵环境中多点在特定高度的通视范围.     

基于LiDAR点云数据的可视域计算研究

当前GIS软件中通视分析建立在DEM数据基础上,而DEM中不含植被和建筑物信息,从而会造成通视分析误差。通过Li DAR点云数据获取高精度植被和建筑物高度,提出一种顾及地物的插值算法,生成同一网格大小的DEM与DSM,在其上分别进行通视域分析,并将分析结果进行对比,发现DEM比DSM更容易扩大视域范围,从而产生了分析误差,验证了利用DSM进行通视分析的可行性。     

GIS技术在景观视觉分析中的应用

探索应用地理信息系统空间分析技术,通过三维数字高程模型修正模拟规划在建大型建筑群的“地形”表面,并对观察点和目标点之间视觉的通视、可视域分析,采用定性和定量相结合的方法,形象直观分析评价未来重庆科技馆的景观视觉效果,     

山地住宅及其建设中若干关系的处理问题

一、山地及其特征 何谓山地?“陆地表面高度较大，坡度较陡的隆起地貌。它以较小的峰顶面积区别于高原，又以较大的高度区别于丘陵”(辞海)。又，“广义的山地包括山、高原和丘陵三部分”(中国百科全书)。     

基于机载LiDAR数据的建筑物轮廓提取

建筑物轮廓作为建筑物三维重建的重要元素，在建立智慧城市和数字城市中至关重要。本文针对从机载激光雷达点云中提取建筑物轮廓数据处理的点云滤波、建筑物屋顶面提取、建筑物轮廓提取，以及提取精度评定各环节存在的一些问题，提出了一种综合区域生长改进算法、三维Hough变换算法和α-shape算法的建筑物轮廓提取方法。该方法在对机载LiDAR点云数据去噪的基础上，首先利用改进的区域生长算法滤波地面点，并基于地物点到地面的归一化高程特征通过高度阈值去除高度较为低矮的地物点；再基于三维Hough变换算法从剩余建筑物和高大树木点云中提取建筑物平面；最后使用α-shape算法提取建筑物的轮廓信息。对使用RIEGLVQ-1560i机载激光雷达测量系统扫描的某城区点云数据进行计算，通过匹配度、形状相似度和位置精度等评价指标对提取的建筑物轮廓进行精度评定。结果表明，综合区域生长改进算法、三维Hough变换算法和α-shape算法的建筑物轮廓提取方法可以准确提取建筑物的轮廓信息，对于大范围的建筑物轮廓提取具有稳定性和普遍适用性。     

基于移动激光扫描点云数据和遥感图像的建筑物三维模型快速建模方法

建筑物的三维建模是城市三维建模和可视化的重要组成部分。本文提出一种基于点云数据与遥感图像的建筑物三维模型快速建模方法。首先,运用改进的RANSAC法从点云数据中提取建筑立面,根据立面区分平顶建筑与人字形屋顶建筑;在此基础上,进一步对建筑物的高度进行提取;之后,利用区域增长法从遥感图像中提取建筑物屋顶轮廓,利用形态学方法对提取出的轮廓进行规则化处理,并基于Freeman链码提取轮廓角点,得到规整的轮廓;最后,根据提取出的建筑高度属性对屋顶轮廓拉伸并进行纹理映射,实现对建筑物的三维重建。通过实例证明,提出的方法能快速、高效地实现建筑物三维模型的重建。     

机载LiDAR点云密度与DEM产品精度关系研究

对点云密度与数字高程模型(digital elevation mo-del,DEM)产品质量之间的对应关系进行研究,以获得具有指导意义的参数.首先依据香农采样定理,对生产不同比例尺DEM产品所需要的点云密度进行理论推导和论证,然后以1:2000、1:1000、1:500比例尺DEM数据为例,用平地、丘陵、山区3种地形数据进行实验.结果表明,使用理论推导密度的点云数据在平地区域可以生产出满足精度要求的DEM产品,但在丘陵及山地区域需要适当增大点云密度.     

机载LiDAR点云的多层建筑物三维轮廓模型自动重建

以机载LiDAR点云数据为研究对象,提出一种新的基于点云数据的多层建筑物三维轮廓模型高精度自动重建方法。在已完成建筑物结构提取及轮廓规则化处理的基础上,利用多层屋顶轮廓在水平投影面内的相邻关系,将各层屋顶中同等级屋顶的相邻关系概括为平行边、不平行且不相交、相交3种相邻形式,结合多层屋顶的层级结构信息对相邻轮廓边界进行一致性处理。实验证明本文方法可以进一步消除多层建筑物各屋顶轮廓的规则化处理误差,使相邻轮廓边界在水平投影面内严格重合,同时重建后建筑物三维轮廓模型的正确性与完整性较高,拐点的定位精度优于激光点平均间距。     

LiDAR点云与遥感影像结合提取建筑物轮廓

结合点云数据与遥感图像数据提取建筑物轮廓提出一种新方法。首先对LiDAR点云高程栅格化,利用形态学滤波得到地物的高程图DSM;用渐进形态学对高程图进行滤波,得到地形图;通过克里金插值对地面点进行内插得到DTM;以DSM-DTM=DHM得到粗糙的高度图;通过中值滤波得到完善的高度图,进行基于高度信息和彩色信息的区域生长,最后进行基于方位梯度数据的分割,优化建筑物边缘,有效地实现了建筑物轮廓提取。     

直线上点的连续放样法

介绍在直线上两已知点通视与不通视情况下,在直线外任意设站放样直线点的方法。该法采用傍导线法可以灵活、方便地放出障碍物间一系列直线点。     

等高线悖论与广义等高线定义的研究

根据等高线是地图上可视化的线并与地图比例尺密切相关的条件,推出了等高线悖论,即等高线是地面上一定范围内高程相等或不相等的点的连线在水平面上的投影。提出了点元概念,推导了等高线是地面上的等高点元集在地图平面上的同胚或拓朴映射的广义等高线定义。本定义包容了传统的等高线定义并可解释制图综合规律。因此,广义等高线定义更适用于等高线可视化的地图应用环境。     

基于LiDAR点云数据的水体轮廓线提取方法研究

提出一种基于机载激光雷达点云数据提取水体轮廓线的方法。采用双层格网模式提取较窄的水体;以朝向水体的边界点作为拟合轮廓线的关键点提取更精确的轮廓线。实验表明,该方法可以较好地提取水体轮廓线。     

Advanced analysis of differences between C and X bands using SRTM data for mountainous topography

By Interferometric Synthectic Aperture Radar (InSAR), during the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) height models have been generated, covering the earth surface from 56° south to 60.25° north. With the exception of small gaps in steep parts, dry sand deserts and water surfaces, the free available US C-band data cover the earth surface from 56° south to 60.25° north completely while the X-band data, distributed by the DLR (German Aerospace Center), cover it only partially. The C-band and X-band radar cannot penetrate the vegetation because of the short wavelength. Therefore, the height models are not Digital Elevation Models (DEM) representing bare Earth surface without any details, they are Digital Surface Models (DSM) representing the visible surface including vegetation and buildings. In the area of Zonguldak, Turkey, C-band and X-band DSMs are available and have been analysed in cooperation between Zonguldak Karaelmas University (ZKU) and Leibniz University of Hannover. The digitized contour lines from the 1:25,000 scale topographic maps and also a more precise height model derived directly from large scale photogrammetric mapping are used as reference height models. The terrain inclination influences the accuracy strongly, but also the directions of the inclination in relation to the radar view direction, the aspects, are important. Independent from the aspects, the analysed results do have root mean square differences against the reference data fitting very well to the Koppe formula SZ=a+b*tan α. The analyses are made separately for open and forest areas, with clear accuracy differences between both. Also, the analysis of X-band separately for three sub-areas is done and the positive effect of double observation to the accuracy has been clearly determined. The C-band data are only available with a spacing of 3 arcsec, corresponding to 92m × 70m, while the X-band data do have a spacing of 1 arcsec. This is important for the interpolation in the mountainous test area. The accuracy of the height points is approximately the same for the C- and the X-band data. But the C-band data which have three times larger spacing than Xband data, do not include the same morphological information. While C-band data contain very generalised contour lines X-band data have quite more details depending on 1 arcsec point spacing. The differential DEMs have been generated, separately, for displaying the differences between SRTM height models and reference DEMs of the test field.     

基于可变半径圆环和B样条拟合的机载LiDAR点云滤波

提出了一种LiDAR点云滤波方法,首先沿同一方向等间距逐行扫描点云,获取点序列构成的扫描线,针对每条扫描线,采取半径可变的圆环从面向地心一侧滚过,保留扫描线上被圆周滚过的点,从而滤除每条扫描线上的地物点;然后对滤波后每条扫描线上的地表点云数据等间隔采样,在此基础上采用均匀B样条曲面拟合地形表面,遍历每一个点,在拟合的B样条曲面上投影,根据投影点高程与实际高程的差判断其属性,保留地面点并滤除地物点。试验结果表明,与传统方法相比,本文方法的滤波精度提高1~5倍,可用于城市、山区和林地等各种地形,通用性好,其算法时间复杂度为O(n)。     

一种由等高线构建DEM的新方法

基于HASM,提出了一种由等高线建立DEM的新方法HASM-OC。HASM—OC方法保证地形曲面的整体光滑性,保证DEM最大程度上忠实于原始等高线数据。实际等高线案例结果表明,HASM—OC方法与基于薄板样条原理的Hutchinson方法的DEM模拟结果及其回放的等高线差相比,前者比后者保留更多的地形特征信息,前者的回放等高线比后者回放等高线更忠实于原始数据。     

一种符合视觉规律的,基于地图数据的虚拟地景仿真

本文分析和解决了两个关键性问题，使计算机所生成的虚拟地景符合人的“越近看得越清”视觉规律，并通过实例对该方法的实现过程给予了详细的描述。     

地下工程多层TIN面片与形变测量数据融合模型的构建及可视化研究

利用地下工程监测数据的空间特性,对离散监测点和等高线采样点进行混合建模,采用带约束条件的点缓冲及填充算法分析实现了地形图与地表常规形变监测数据的结合,并自编程序实现了地下工程多层空间(不规则三角形网面即TIN面片)的可视化,揭示地形图与地表常规离散点形变监测数据之间的关系和隐藏在相应数据背后的信息.同时,探讨了应用多层TIN面片和其他背景图层的混合空间3维建模.     

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。     

Accuracy analysis, dem generation and validation using russian tk-350 stereo-images

TK-350 stereo-scenes of the Zonguldak testfield in the north-west of Turkey have been analysed. The imagery had a base-to-height ratio of 0·52 and covered an area of 200 km × 300 km, with each pixel representing 10 m on the ground. Control points digitised from 1:25 000 scale topographic maps were used in the test. A bundle orientation was executed using the University of Hanover program BLUH and PCI Geomatica OrthoEngine AE software packages. Tests revealed that TK-350 stereo-images can yield 3D geopositioning to an accuracy of about 10 m in planimetry and 17 m in height. A 40 m resolution digital elevation model (DEM) was generated by the PCI system and compared against a reference DEM, which was derived from digitised contour lines provided by 1:25 000 scale topographic maps. This comparison showed that accuracy depends mainly on the surface structure and the slope of the local terrain. Root mean square errors in height were found to be about 27 and 39 m outside and inside forested areas, respectively. The matched DEM demonstrated a systematic shift against the reference DEM visible as an asymmetric shift in the frequency distribution. This is perhaps caused by the presence of vegetation and buildings.