江苏滩涂机载LiDAR测量数据处理技术

江苏滩涂地理环境特殊,采用常规测量方法作业难度较大。结合工作实际,总结了江苏滩涂测量发展、滩涂测量的必要性和特点。按照《海道测量规范》要求,分析了机载LiDAR测量技术应用的能力和可行性。基于已有机载LiDAR数据源,完成了机载LiDAR数据处理技术设计,为江苏滩涂机载LiDAR测量技术的应用奠定了基础。     

一种基于偏度平衡的LiDAR点云滤波方法

在地形起伏区域,针对免阈值的偏度平衡滤波方法存在利用高程难以满足算法假设条件、利用强度信息面临异物同强度等问题,提出基于高差的偏度平衡方法。该方法是在点云与初始地面TIN间高差计算的基础上,采用偏度平衡方法进行LiDAR点云滤波。利用ISPRS提供的测试数据对该方法进行实验,结果表明:在地形起伏区域,点云高差能够满足偏度平衡方法的假设条件,并且基于高差的偏度平衡方法滤波有效。     

一种基于ArcGIS的LiDAR点云数据生成等值线的方法

对于LiDAR点云数据,采用传统方法(由TIN直接生成)提取的等值线平面位置抖动大,锯齿多,存在破碎的线段和独立的多边形。提出了一种基于ArcGIS 10.2的LiDAR数据提取等值线的方法:首先创建LAS Dataset,然后构建Terrain数据集细化数据,再转换为栅格构造更为平滑的表面,最后通过栅格表面提取等值线。某海岸船载LiDAR数据的对比分析表明:该方法通过栅格化点云的方式抑制了高频噪声,具有速度快、等值线平滑的特点。     

机载LiDAR海岸地形测量技术及其应用

机载LiDAR测量技术发展迅速,应用日益广泛。概括了机载LiDAR测量技术发展、工作原理和应用现状,结合海洋测绘需求,论述了机载LiDAR技术应用的可行性、方法和精度,分析了海岸地形测绘应用的前景,为提高作业部门新技术的理论基础,推进机载LiDAR测量技术在海洋测绘领域的应用提供支持。     

梯度引导下的分块曲面LiDAR数据滤波方法

根据点云密度确定分块曲面滤波区块的大小,通过构建梯度引导图,引导进行分块曲面滤波,并利用得到的初始结果对滤波进行进一步细化。将最后滤波结果的总错误率与ISPRS提供的测试方法进行比对,在3个测区内总错误率均低于ISPRS提供的方法。实验结果表明,该方法不受建筑物大小的影响,在保证较好滤波结果的基础上,提高了算法的自适应性和滤波的自动化程度。     

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。     

基于改进Alpha Shape算法的点云数据岛屿边界提取

针对机载LiDAR点云的岛屿岸线提取过程复杂、附属岛屿岸线难以提取等问题,提出一种基于改进Alpha Shape算法的点云数据岛屿边界提取方法。首先利用布料模拟滤波算法剔除非岛屿点云数据,通过欧式聚类进行不同岛屿的提取,再将岛屿点云数据投影至二维平面,并根据岛屿点云构建格网。在此基础上使用自适应Alpha Shape算法,对提取出的岛屿点云进行边界提取,即可得到岛屿的岸线轮廓。选取新西兰的玛提尤/萨姆斯岛作为研究区域,并将本文算法与Alpha Shape算法进行对比,结果表明：本文算法提取岛屿边界点云的精准度为97.78%,可以准确地提取岛屿岸线,为海岛规划提供参考。     

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。     

机载LiDAR点云的Delaunay三角网快速生成算法

为了提高机载激光点云的Delaunay三角网生成效率及稳定性,基于分块算法的思想,改进了点云数据的分块方式,利用点云的凸包及重心点进行数据分块,并结合子块中激光点个数阈值进行三角形子块的细分,从而避免了传统子块合并过程中复杂的相邻三角形搜索及优化处理,仅需简单的一步优化即可完成相邻子块的合并,大大提高了算法的效率。经实验证明,该算法简单、高效且稳定性好,尤其对于大数据量的机载LiDAR点云Delaunay三角网生成具有明显的优势。     

激光雷达在滩涂海岸地形测量中的应用

激光雷达（LIDAR）是一种集激光测距、计算机、全球定位系统和惯性导航系统等技术于一身的崭新技术,用于获取高精度、高密度的三维坐标数据。在分析滩涂海岸带的特点和需求的基础上,指出应用LIDAR技术解决滩涂海岸的地理数据采集问题是一种有效手段,并探讨了LIDAR技术在滩涂海岸测绘中的主要应用。     

广西海岸滩涂潜在可开发利用范围选划

根据广西海岸滩涂开发利用现状以及开发与保护需求,将滩涂资源分为已开发利用滩涂、规划开发利用滩涂、严格保护滩涂和潜在可开发利用滩涂4类,通过2016年遥感影像分析识别,广西海岸滩涂资源总面积为98 013hm2,其中已开发利用滩涂(渔业、旅游及所有建设用地)面积为25 211hm2,占滩涂总面积的25.72%;规划开发利用滩涂(港口、工业、城市规划)面积9 412hm2,占滩涂总面积的9.6%;严格保护滩涂(滩涂海洋生态红线区)面积23 538hm2,占滩涂总面积的24.02%。基于此,分析出潜在可开发利用滩涂共39 852hm2,占滩涂总面积的41%,并提出滩涂可持续开发利用建议。     

航测与机载LiDAR技术在海岸带遥感中的应用

航摄仪与机载激光雷达等新型航空遥感测量装备发展迅猛,航测与机载激光雷达测量技术在海岸带遥感监测中的应用日益深入。总结分析了国内外上述装备的海岸带遥感应用现状,比较了国内外应用研究方向差异,结合海岸带特点,指出该领域发展趋势,为促进航空摄影测量与机载激光雷达技术在海岸带测绘中的应用提供支持。     

基于航空高光谱数据的近岸水体信息提取

近岸水体与人类生产、生活密切相关,航空高光谱遥感以其高分辨率、灵活等优点在环境监测中颇具潜力,尤其是在近岸水色、海岸带环境的实时监测中更具优势。基于与中国海监南海航空支队合作开展的航空高光谱遥感飞行实验资料,以湛江东海岛陆海区域为例,开展该海域水体遥感信息提取及分类研究。以不同地物遥感反射率信息为特征,通过光谱信息直方图进行了该海域水体信息提取方法探索。研究结果表明,湛江港及近海水体与陆地在近红外区域有较大区分度,直方图统计获得的最佳分离阈值可以很好地提取水体信息,但在水陆交界区域提取精度较低。在近红909.7 nm处,遥感反射率分割阈值为10.27%,水体提取精度为84%,kappa系数为0.686 2。     

沿海滩涂开发利用综合效益评价

为提高我国沿海滩涂的开发利用水平,促进经济社会和生态环境的协调可持续发展,文章在梳理相关定义和研究的基础上,探索沿海滩涂开发利用综合效益评价。研究结果表明:针对具有开发利用价值的潮间带和潮下带,其开发利用的综合效益为从全社会角度出发,以多项指标体现的,可识别和可量化的全部效益的总和;遵循科学性、系统性和统筹性原则,从资源利用、生态环境、经济增长和社会发展4个方面,选取自然岸线保有率等28项指标,建立评价指标体系,并采用递阶多层次综合评价模型计算综合评价值,从而评价沿海滩涂开发利用综合效益。     

轻质硬壳堤坝在沿海滩涂中的应用

为了能在各种不同地质的滩涂中发展水产养殖,快速、经济、高效地建造堤坝,提出了硬壳轻质堤坝在滩涂水产养殖中的应用结构体系。阐述了硬壳轻质堤坝的构造和材料、施工工艺及设计方法。具有施工快、稳定性好、防冲蚀、防渗性好的特点,从而提高软弱地基和砂土地基滩涂上的养殖效益。     

Airborne Laser Sensing of Scottish Coastal Waters

An Nd:YAG-based airborne lidar system has been used to measure the optical properties of littoral waters off the northwest Scottish coast. The small-scale structure of subsurface scattering layers was also investigated. Methods of solving the Lidar Sensing Equation in the single scattering approximation are described and the values of the derived extinction indices presented. The extinction index averaged over a series of five flights to the northeast of the Gulf Stream was k = 0.224 m -1 with a standard deviation of 0.212 m -1 . Further, it was demonstrated that, in coastal waters, optical inhomogeneities with dimensions between 50 m and 200 km obey the power law Sp k ~ k -P with the parameter P close to two. In turbid or transparent areas, the water extinction index can change by several tenths of a percent with respect to the surrounding water mass. This suggests that the observed nonmonotonic behavior of the power spectra of the water extinction index fluctuations is caused by the outer scale of turbulence, in particular, by the bottom depth at the measurement site.     

Airborne Laser Sensing of Scottish Coastal Waters

An Nd:YAG-based airborne lidar system has been used to measure the optical properties of littoral waters off the northwest Scottish coast. The small-scale structure of subsurface scattering layers was also investigated. Methods of solving the Lidar Sensing Equation in the single scattering approximation are described and the values of the derived extinction indices presented. The extinction index averaged over a series of five flights to the northeast of the Gulf Stream was ε= 0.224 m -1 with a standard deviation of 0.212 m -1 . Further, it was demonstrated that, in coastal waters, optical inhomogeneities with dimensions between 50 m and 200 km obey the power law Sp ε ~ k -P with the parameter P close to two. In turbid or transparent areas, the water extinction index can change by several tenths of a percent with respect to the surrounding water mass. This suggests that the observed nonmonotonic behavior of the power spectra of the water extinction index fluctuations is caused by the outer scale of turbulence, in particular, by the bottom depth at the measurement site.     

低空旋翼无人机载LiDAR系统在海岛测绘中的应用

低空旋翼无人机载LiDAR系统通过无人机平台集成三维激光扫描仪、定位定姿系统(Positioning and Orientation System,POS)为快速获取海岛、海岸带等测区地理信息提供了一种新的解决方案。首先比较了旋翼无人机LiDAR系统与传统机载LiDAR系统的不同之处,然后在海岛测绘实例中分别使用中海达ARS-100机载LiDAR系统和华测AS-300H机载LiDAR系统进行了同一海岛地形测绘,期间使用GNSS RTK技术采集地面特征点三维坐标作为校核点,检验了两种国产旋翼无人机载LiDAR测量系统在海岛测绘中的定位精度,实验结果表明两种国产设备绝对精度均达到±10 cm以内,验证了旋翼无人机载LiDAR技术在海岛礁测绘中的可行性。