基于车载点云数据的树木提取与分析

本文基于高速公路高精度点云数据,首先通过点云数据的分类处理实现对树木点云数据的提取,将树木点云投影到水平面,采用DBSCAN密度聚类算法实现单根树木的提取;然后在数据密集区域存在树木树冠点云重叠的区域,本文结合树干几何特征提取树干的位置信息,计算所有点云到树干中心的欧氏距离,将所有点云归类到最近的树干进行粗分割;最后根据粗分割的树木轮廓特征确定树冠模型与树冠中心,提出了采用基于密度特征的格网竞争算法对重叠的区域进行精细分割。试验表明,本文采用的树木分割方法能够实现单棵树木精确提取。     

城市竣工测绘典型要素语义分割PointNet++深度学习模型适用性分析

处理三维激光扫描仪获取的城市竣工测绘点云场景数据的传统方法存在较多局限性,无法适应信息化社会对产品高效处理的需求。基于此,本文分析了城市竣工测绘点云场景分类需求,研究了利用深度学习网络模型对点云场景进行自动化处理的方法。首先,对输入的城市竣工测绘数据进行预处理,以实现点云降采样、去噪、地面点与非地面点分割;然后,人工标注5个区域场景数据毫米级标签,进行数据增强;最后,测试PointNet++网络在城市竣工测绘点云场景下的语义分割性能和效果。测试结果表明,在少量样本下,PointNet++网络可以较好地实现城市竣工测绘点云场景的激光点云语义分割,总体mIoU达73.06%,能够满足城市竣工测绘点云语义自动化分割需求,为城市竣工测绘点云数据处理提供了新思路。     

融合无人机影像与LiDAR点云的山区地表覆被景观特征探测

机载LiDAR数据能够准确提供对象的三维空间位置信息,无人机高分辨影像具备丰富的色彩信息与纹理信息,综合两种数据的优点,可进行数据集成融合。针对山区普遍存在的分布广泛的植被覆盖类型基质景观,本文通过构建可见光植被指数（VDVI）融合光谱信息点云数据,进行典型植被特征提取的研究。为了验证该方法提取信息的准确度,分别构建了3种数据源并依次进行山区地表植被提取试验。对试验结果定性定量分析表明,融合光谱点云数据的植被覆被率为56.8%,较另外两种数据类型的植被覆被率更加接近参考值（58.2%）,可信度相对较高,效果更好,植被图斑轮廓更加清晰,更适用于目标对象植被特征提取,使融合影像信息的点云数据分类优势得以体现,证实了该方法面向山区植被特征提取的可行性。     

车载LiDAR点云相连行道树精细分割

针对车载激光雷达获取的行道树树冠点云相连问题,该文提出了基于树木生长模型的距离加权分割方法。首先通过等距原则将相连树粗分割为单株树木,采用求差和拟合算法获得树木高度、胸径等属性信息;再根据树木的理论和实际生长模型,计算得到树冠距离加权值;最后在此基础上对树冠进行迭代处理,实现邻接行道树点云的精确分割。经过不同树种试验验证,该算法能够实现对多棵相连树点云的进一步精确分割。     

激光雷达点云树木建模研究进展与展望

三维树木几何模型是数字城市与数字林业工程的重要组成部分.针对点云树木建模,深入分析了基于广义(泛在)激光雷达点云的树木模型重建方法,提出了聚类思想建模、图论方法建模、先验假设建模、拉普拉斯算子建模与轻量化表达建模5类建模体系,归纳总结了不同建模体系在树冠枝干的细节表达、建模算法性能、树木模型的多层次细节表达、建模体系综...     

基于LiDAR点云数据的城市三维绿量分层测算方法研究

三维绿量已成为测度城市绿化水平的重要指标。为有效实现其在城市范围内的应用,文中基于LiDAR点云数据与高分辨率遥感影像数据,将"分隔带"法与边缘特征点提取算法相结合,提出一种分层三维绿量测算方法。首先,对LiDAR点云数据与遥感影像数据预处理,包括拼接、匹配、点云去噪及压缩等,提取城市绿化区点云数据;然后,通过"分隔带"法识别不同类别植被分布区,将植被在林层尺度下分割;其次,采用冠体边缘特征点提取算法,快速构建冠体外廓;最后,应用不规则三角网TIN,对绿化植被分层建模并计算。为验证文中测算结果,选取15个随机点建立样方进行实测,经检验表明所得精度较高,能够满足城市范围内三维绿量测算的需求。     

最小割与深度学习联合优化的室内粘连点云分割方法

随着数字城市的发展,城市三维模型重建对三维点云结构化的需求与精度要求越来越高。如何有效准确地分割室内语义模型与三维重构是当前研究的热点问题。点云分割分类是室内点云结构化的重要基础,如何将粘连点云构件进行准确分割并用于室内点云结构化,是当前城市建模的难点。本文提出了一种面向室内粘连点云数据的分割分类方法。首先,利用深度学习网络处理室内点云数据;其次,对点云数据进行标签分类,得到目标标签点云;然后,利用欧氏算法对目标点云进行聚类分割,通过室内语义构件包围盒信息计算各目标中心点坐标与水平半径;最后,利用点云最小割实现室内粘连点云的准确分割。利用3组室内场景中获取的数据对分割方法的精度及有效性进行了验证。结果表明,该分割优化方法具有较高的精度与数据完整性。     

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。     

点云场景语义标注的排序批处理模式主动学习法EI北大核心CSCD

针对点云场景语义标注存在着手工标注费时费力、算法耗时严重、标注精度不高和不适用于大规模场景点云处理等问题,本文提出了一种结合排序批处理模式的主动学习点云场景语义标注方法。该方法首先对原始点云进行下采样处理,然后利用改进的递归特征增加法从庞大的特征集中筛选出最优特征子集,采用排序批处理模式采样算法迭代选取并人工标注少数未标注点,通过创建最小人工标注训练集来完成下采样点云的语义标注工作,最后利用邻域等权标签传播算法完成原始点云数据的标注。对3个室外大场景点云分别进行的试验表明:本文方法只需人工标注7.50%、7.35%、5.83%的点云即可完成下采样点云的标注工作。此外,对比试验表明,本文方法在标注精度和减少人工成本方面优于其他方法,能为点云语义标注工作节省大量人工成本。     

基于深度残差网络的机载LiDAR点云分类

机载LiDAR点云的分类是利用其进行城市场景三维重建的关键步骤之一。为充分利用现有的图像领域性能较好的深度学习网络模型,提高点云分类精度,并降低训练时间和对训练样本数量的要求,本文提出一种基于深度残差网络的机载LiDAR点云分类方法。首先提取归一化高程、表面变化率、强度和归一化植被指数4种具有较高区分度的点云低层次特征;然后通过设置不同的邻域大小和视角,利用所提出的点云特征图生成策略,得到多尺度和多视角点云特征图;再将点云特征图输入到预训练的深度残差网络,提取多尺度和多视角深层次特征;最后构建并训练神经网络分类器,利用训练的模型对待分类点云进行预测,经后处理得到分类结果。利用ISPRS三维语义标记竞赛的公开标准数据集进行试验,结果表明,本文方法可有效区分建筑物、地面、车辆等8类地物,分类结果的总体精度为87.1%,可为城市场景三维重建提供可靠的信息。     

低矮植被的无人机激光雷达测高精度分析

针对无人机激光雷达估测低矮植被高度的精度大小,本文以3m以下低矮树木为研究对象,通过数值模拟方法得到不同航高、不同扫描角情况下激光脚点坐标和点云估测单一树木高度的最大测量误差值;对比实测树高,分析了激光点云估测树高的精度。结果表明,在航高为30m、扫描范围为(-50°,5°)的情况下,无人机激光雷达获取的激光脚点坐标误差和由激光点云估测低矮树高(3m以下)的误差均可以达到cm级;激光点云估测单一树木高度与实测高度的决定系数为0.977,均方根差为5cm,标准均方根差为4%。因此,应用无人机激光雷达数据可以快速、精确获取低矮植被高度信息,进而为反演植被生物量和植被长势信息监测提供重要依据。     

机载激光点云单木分割方法对比及精度分析

通过对机载激光点云基于冠层高度模型、基于点云以及基于层堆叠种子点分割方法,对针叶林、阔叶林、针阔混交林3种不同类型林分进行单木分割,并通过计算单木分割的检测率、正确率、F-score等精度指标,探究不同分割方法在不同类型林分的适用性。实验结果表明,对于针叶林,基于点云分割方法的分割精度最高,基于层堆叠种子点分割方法对树木分割的正确率最高;对于阔叶林和针阔混交林,基于层堆叠种子点分割方法的分割精度和检测率较高,优于其他两种分割方法。     

联合点云压缩的多特征融合点云语义分割方法

针对PointNet++对点云空间相关性特征提取能力不足,同时难以适用于大场景高密度LiDAR点云语义分割的问题,提出一种联合点云压缩的多特征融合LiDAR点云语义分割方法。首先利用点云压缩算法降低点云密度,并使用PointNet++提取简化点云的深度语义特征,再利用拟合算法计算完整点云的深度特征;之后提取人工设计的空间相关性特征与深度特征进行串联;最后利用随机森林算法对完整点云进行语义分割。通过在ISPRS提供的LiDAR点云语义分割标准数据集进行实验,证明提出方法的有效性,总体精度较PointNet++提升了5.3%。     

基于真实白杨林地场景冠层辐射特性的计算机模拟

叶面积指数（LAI）和叶倾角分布（LAD）是决定植被冠层结构的重要参数。在计算机模拟植被冠层,两个参数是植被三维真实结构生成的重要控制因子。本论文中,结合计算机图像学理论,基于实验的地面实测结构参数数据利用可改写的扩展L-system方法生成草以及白杨树的真实三维场景。RGM（A radiosity-graphics combined model）模型是基于辐射度方法的计算机模拟模型,利用此模型来计算生成的三维场景可见光及近红外波段的冠层辐射特性,如冠层波谱以及方向反射特性等。在本研究中,模拟了两种不同下垫面的白杨林地：（1）下垫面只有土壤的白杨树场景;（2）下垫面包括土壤和草的白杨树。在特定的场景组分光学特性下,模拟得到两种情况的主平面冠层BRF（bi-di-rectional reflectance factor）,并对两者的差异进行了分析。可以看出,下垫面对冠层BRF的影响不可忽视。但是,由于白杨林地结构的复杂,大尺度的场景中必须由成千上万个面元组成,因此辐射度方法不能模拟大尺度的真实结构场景。为了拓展辐射度方法应用范围,根据白杨树树冠的特点,将其抽象为椭球体,从而减少场景组成面元个数,满足了辐射度方法的要求。并结合几何光学模型的思想,在对椭球体面元赋值加入了间隙率;并考虑了整个树冠的承照面以及阴影面的差异,模拟大尺度林地冠层BRF,且与GOMS模型结果符合的很好。通过以上研究,可以看出计算机模拟为遥感研究获取多角度数据信息提供了一种很好的手段。     

基于DBN的车载激光点云路侧多目标提取

提出一种基于深度信念网络（DBN）的车载激光点云路侧多目标提取方法。首先通过预处理对原始数据进行分段,并将地面和建筑物点云与路侧目标进行分离;然后利用连通分支聚类分析算法进行路侧点云聚类,并采用基于体素的归一化分割方法分割重叠点云,从而生成独立目标点云;在此基础上,生成基于多方向目标对象的二值图像并展开成二值向量作为独立目标点云的描述特征;最后构建并训练DBN,利用训练好的DBN提取行道树、车辆及杆状目标等3类路侧目标。试验采用两份不同城市道路场景的点云数据,行道树、车辆及杆状目标提取结果的准确率分别达97.31%、97.79%、92.78%,召回率分别达98.30%、98.75%和96.77%,精度分别达95.70%、93.81%和90.00%,F1值分别达97.80%、96.81%和94.73%。试验结果验证了本文的有效性。     

高速公路典型要素语义分割深度学习模型适用性分析

通过对比评估了目前主流的深度学习点云语义分割的网络模型PointNet、PointNet++及RandLA-Net,在高速公路场景下的语义分割性能和效果,最后选择性能最优的RandLA-Net网络模型进行超过5 km高速公路基础要素的语义分割实验,结果表明,RandLA-Net网络模型可以较好地实现高速公路场景的激光点云语义分割,总体精度达90.53%,满足现阶段高速公路场景数字化应用的信息识别精度要求。     

变差函数权值估算的移动最小二乘匹配点云粗差剔除

现有密集匹配点云数据已实现了地表3维信息的精细化表达,然而由于误匹配,此类点云往往包含一定数量粗差点并影响后续应用的处理效果。针对此类数据中误匹配所产生粗差点的剔除问题,将变差甬数引入移动最小二乘(MLS)粗差剔除算法。变差函数对MLS拟合区域内点对间的相关性进行估算,以此为依据设置权值对最小二乘的结果进行优化;然后利用MLS局部、分区域地对点云进行曲面拟合;最终根据拟合结果剔除粗差。利用A3数字测图系统生成的城区、山区密集点云数据进行实验,并将处理结果、等权MLS处理结果与人工剔除结果进行对比。实验结果表明该算法可有效对点云中的粗差进行剔除,相较于等权MLS粗差剔除算法,陔算法在城区、山区的误判率分别降低了5.16%和1.31%。     

融合CNN和MRF的激光点云层次化语义分割方法

三维点云语义分割的结果包含着对场景中多个目标的识别,是三维场景信息提取的重要环节,在智慧城市等多个领域扮演关键角色.由于三维激光点云数据量庞大、场景复杂性高等问题,大多数现有方法只能以相对较低的识别率提取有限类型的对象.本文提出了一种在三维激光点云场景中结合残差学习和马尔可夫随机场(MRF)优化的层次化多类型目标自动提...     

一种可见光影像稠密匹配点云的单栋建筑物提取方法

建筑物点云提取是城市快速三维建模的基础。针对城区中建筑物和树木空间距离较近导致建筑物点云误提取的问题,提出一种颜色约束的欧式聚类算法。该方法利用低空拍摄可见光影像进行三维重建、获取点云数据,在建立点云K邻域索引和表面估计的基础上,以曲率最小的点作为欧式聚类的种子点,将点云的RGB值转换成Lab颜色模型,对建筑物点云的聚类提取进行约束。实验表明,该方法可以有效地解决可见光影像匹配点云中建筑物提取时将树木误提取的问题。     

机载LiDAR数据中电力线的自动提取与重建

为实现电力线走廊更加有效地巡检,本文设计了一套LiDAR点云数据中电力线自动提取与重建的方法。首先,利用改进的渐进形态学滤波剔除地面点,通过高差阈值与高程离散度分割,实现电力线点粗提取;然后,借助RANSAC直线检测,得到电力线直线模型,依靠密度检测,实现单根电力线点云精确聚类;此外,利用k-means算法完成分裂导线束间归类;最后,进行二次多项式限制的最小二乘拟合,生成电力线曲线模型。试验结果表明,使用该方法电力线点云提取的正确率达98%以上,非电力线点云误判率低至1%左右,电力线直线模型拟合误差在5 cm以下,曲线模型拟合误差在3 cm以下,完全满足实际工程需求。