Pattern detection in airborne LiDAR data using Laplacian of Gaussian filter

Methods for feature detection in laser scanning data have been studied for decades ever since the emergence of the technology. However, it is still one of the unsolved problems in LiDAR data processing due to difficulty of texture and structure information extraction in unevenly sampled points. The paper analyzes the characteristics of Laplacian of Gaussian (LoG) Filter and its potential use for structure detection in LiDAR data. A feature detection method based on LoG filtering is presented and experimented on the unstructured points. The method filters the elevation value (namely, z coordinate value) of each point by convolution using LoG kernel within its local area and derives patterns suggesting the existence of certain types of ground objects/features. The experiments are carried on a point cloud dataset acquired from a neighborhood area. The results demonstrate patterns detected at different scales and the relationship between standard deviation that defines LoG kernel and neighborhood size, which specifies the local area that is analyzed.     

一种机载LiDAR数据漏洞检测方法

获取机载LiDAR数据时易受地形起伏、航摄高度、地物镜面反射等因素的影响,导致LiDAR数据出现漏洞,若对其不进行检测处理,将严重影响LiDAR数据的生产与应用。鉴于此,本文利用点云的位置与属性信息,基于等比例内缩和点云格网化算法,检测机载LiDAR数据中存在的漏洞区域,有效支撑了LiDAR数据的质量检测和补摄工作。试验结果表明,该方法检测到的漏洞区域完整、精确,等比例内缩算法与等值内缩算法相比,减弱了地形起伏对漏洞检测精度的影响,且更科学合理。     

顾及城区机载LiDAR数据特征的配准算法

条带配准是点云数据处理的一个重要环节.文章介绍了经典ICP配准算法的基本原理;考虑到城区机载LiDAR数据中地物的组成、空间分布等特征,提出了一种ICP算法中对应点集的选择策略,并建立了城区机载LiDAR数据的自动配准流程.利用河南安阳试验场的真实点云数据进行配准实验,结果表明在不需要人工干预的情况下,可以很好地将条带数据拼接在一起,建立无缝点云数据.     

利用机载LiDAR数据提取与分析地裂缝

机载激光扫描可获取植被茂密地区的数字地形模型(DTM),但将其用于茂密植被覆盖区地裂缝提取方法的研究还不多见。以湖南冷水江市浪石滩为试验区,基于机载Li DAR的激光点云数据,研究了植被覆盖区地裂缝的提取方法,分析了地裂缝的微地貌特征。首先对离散的三维激光点云数据依次进行基于不规则三角网滤波、高程滤波及回波信息强度滤波提取地面点,以保留完整的微地貌微特征;然后构建不规则三角网,反距离加权内插生成数字高程模型(DEM),提取地裂缝识别参数,同时基于最小曲率对地裂缝进行线性探测,提取地裂缝的长度信息,且利用地裂缝剖面信息分析其微特征,结合识别参数分析地裂缝的稳定性。研究结果表明:利用机载Li DAR点云数据提取的地裂缝识别参数,能够确定地裂缝的位置、坡度坡向、长度和深度信息,有助于判定地裂缝的稳定性;在植被较为茂密、地面点密度稀疏的区域,保留一定的低矮植被所提取到的DEM能更好地保留地裂缝的微地貌特征。     

基于车载LiDAR点云的车辆目标自动检测

以武汉市三环线内主要道路夜间停车调查项目为背景,利用车载三维激光扫描技术获取了武汉市三环线内夜间某道路沿线的点云数据,提出了一种基于知识规则的车辆目标自动检测方法.该方法首先采用基于欧式距离分割的聚类方法将点云分割为簇,再分析车辆目标的点云特征和空间几何特征等相关特点,然后建立车辆目标检测的知识规则,最后根据知识规则实...     

利用样本生成方法进行机载多光谱LiDAR数据深度学习分类

机载多光谱LiDAR系统能够快速、准确地获取地物的空间几何和光谱信息,为地物覆盖分类和目标识别提供新的数据源。近年来,基于三维点云的深度学习算法取得了一系列突破性进展,然而直接将不规则的原始点云数据输入深度学习模型进行基于点的分类存在一定的困难。本文提出了一种基于FPS-KNN的样本生成方法,用于基于深度学习的机载多光谱LiDAR数据分类。该方法首先对输入数据进行归一化处理;然后利用最远点采样方法(FPS)和K近邻法(KNN)在输入数据中生成一系列规则大小的训练样本数据集。通过机载多光谱LiDAR数据的试验表明,该方法所生成的样本不仅符合卷积神经网络所要求的输入数据形式,而且能够确保对输入场景的完整覆盖。     

基于可移动角点的航空和地面LiDAR数据配准

针对航空和地面LiDAR数据配准中点云数据的共轭特征较少且精度差异较大的问题,提出了一种基于可移动角点的航空和地面LiDAR数据配准方法:从航空和地面LiDAR数据中分别提取相应的建筑物角点,采用6参数模型对角点进行初始配准;以地面角点为参照,利用迭代移动方法对误差较大的航空角点进行修正;最后根据移动后的航空和地面角点计算获得点云配准关系。实验结果表明,该文方法可取得较好的点云配准效果,角点修正后能有效提升点云配准精度,适合于含有角点特征的航空和地面LiDAR数据配准。     

一种从机载LiDAR点云获取建筑物外部轮廓的方法

利用点云的滤波、带距离控制的卷包裹算法以及复杂多边形的简化等一系列的算法对测区的机载LiDAR数据进行运算和处理,最终得到描述建筑物在不同高度时的外部轮廓多边形,为基于影像和辅助数据相结合的遥感影像阴影区域提取方法提供有效的辅助数据源。     

三维激光扫描技术在溶洞探测中的应用

由于溶洞的特殊性,传统测量仪器已经不能满足当前对溶洞探测的要求。三维激光扫描技术采用非接触式高速激光测量方式,能在复杂的现场和空间对被测物体进行快速扫描测量,从而获得点云数据。文中介绍激光扫描的工作原理及三维激光扫描的工作流程,并给出采用Riegl LMS_Z420i三维激光扫描仪对吉首至茶洞高速公路吉首岸索塔基坑下的溶洞进行探测的实例。     

基于语义特征的堤防外坡激光脚点分割

在缺乏影像等辅助数据的情况下,本文直接利用激光雷达LiDAR点云数据,提取水系边缘,并在此基础上实现基于语义分割的堤防外坡激光点云提取方法。分两步进行边坡的提取:首先获取LiDAR数据中水体边缘轮廓线,进一步获取堤防边坡的下缘线;然后以下缘线为增长基线,通过最小二乘平面拟合,利用区域增长的方法,将边坡平面提取出来,从而获取边坡脚点。     

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。     

机载LiDAR点云获取与高精度DEM建设关键技术探讨

结合广东省机载LiDAR点云获取与高精度DEM建设项目,介绍了项目总体技术路线,针对项目难点,从设备选择、点云密度设计、植被覆盖密集山区数据获取方法、点云数据分类组合算法、空白区处理等5个方面的关键技术进行了探讨,并提出解决方案,为同类项目的设计与实施提供参考。     

半自动机载LiDAR点云建筑物三维重建方法

针对全自动建筑物3D重建存在需要后续人工检验,且发现重建错误需要花费额外时间修改的问题,提出了一种半自动的面向对象的机载LiDAR点云建筑物3D重建方法。基于建筑物类别点云的联通分析和平面生长分割结果,提出了自动的建筑物栋数检测、单栋建筑物外轮廓提取、单栋建筑物内部结构线提取方法;同时,在计算机无法完成部分工作时,人工辅助计算机完成高程阶越线提取、识别建筑物屋顶附属物点云等工作。实验证明,该方法可以适用于高密度机载LiDAR点云数据中城区大部分建筑物的3D模型重建。     

机载激光雷达数据中电力线的快速提取

针对当前机载LiDAR技术在电力巡线应用中对电力线数字模型高精度和快速重建的需求,该文提出一种高效的电力线点云分类方法。首先基于局部范围点的高程统计直方图,实现电力线点的快速粗提取;然后运用随机抽样一致性算法剔除残留的电塔点,结合点云高程统计进一步剔除绝缘子点,实现电力线点的精提取;最后利用同一垂直面内电力线点的高程分布特性,实现单根电力线点的快速提取。基于实际输电线路机载LiDAR数据的实验结果表明,该方法可实现电力线点的快速、高精度提取:粗分类后的电力线点中仅含约10%的非电力线点;精分类后约有2%的电力线点被误分为绝缘子点,最终各条电力线点的提取比率平均为98%以上。     

基于决策树的机载LiDAR点云数据分类

本文采用基于决策树的人工智能方式,通过对点云数据分割、提取分割片轮廓,手动设置地物的约束条件来提取LiDAR点云中的地物。两组实验表明,本文的方法能够成功提取点云数据中的建筑物、车辆等地物;要提高精度,需增加点云密度,因此本文方法适用于较平坦的城镇地区。     

基于LiDAR技术的古建筑复杂曲面三维重建

随着信息技术和测绘科学的迅猛发展,传统的空间数据获取模式已经不能满足现在的信息化需求。三维激光扫描技术的出现,推动了现代化测绘技术的发展,其高精度、快速的非接触式扫描测绘方法改变了传统空间数据采集模式。古建筑文化遗产的三维数字化保护是目前社会的研究热点,利用三维激光扫描技术来重建古建筑独特复杂的表面模型,为古建筑数字化管理和修复提供数据参考是一个很有意义的事情。本文以利用地面三维激光扫描系统构建古建筑三维模型为研究对象,通过洞窟类实例对古建筑点云数据处理和NUBRS三维模型复杂曲面重建技术进行研究与探讨。     

Derivation of tree skeletons and error assessment using LiDAR point cloud data of varying quality

The architecture of trees is of particular interest for 3D model creation in forestry and ecolocical applications. Terrestrial (TLS) and mobile laser scanning (MLS) systems are used to acquire detailed geometrical data of trees. Since 3D point clouds from laser scanning consist of large data amounts representing uninterpreted topographical information including noise and data gaps, an extraction of salient tree structures is important for further applications. We present a fully automated modular workflow for topological reliable reconstruction of tree architecture. Object-based point cloud processing such as branch extraction is combined with tree skeletonization. Branch extraction is performed using a segmentation procedure followed by segment-based analysis of form indices derived from eigenvector metrics. Extracted branch primitives are simplified and connected to line features during skeletonization. The modular workflow allows comprehensive parameter tests and error assessments that are used for a calibration of the module parameters with respect to various characteristics of the input data (e.g noise, scanning resolution, and the number of scan positions). The estimated parameter settings are validated using an exemplary MLS data set. The quality of input point cloud data, strongly influencing the quality of the skeleton results, can be improved by the presented branch extraction procedure. The potential for data improvement increases with increasing point densities. For our object-based appoach, we can show that the presence of erroneous structures and filtering artifacts have the strongest influence onto the quality of the derived skeletons. In contrast to traditional skeletonization approaches, the existance of data gaps has less influence onto the results.     

基于平面约束的机载LiDAR航带平差方法研究

机载LiDAR技术作为一种新型的主动式空间观测技术,在快速获取空间三维地理信息方面具有不可估量的前景。然而,机载LiDAR系统获得的相邻航带点云数据在重叠区存在"漂移"问题,需要采用航带平差的方法实现不同航带点云数据之间的"无缝"拼接。针对LiDAR点云数据难以获取同名特征点来进行航带平差迭代初始值计算的问题,文中在总结航带平差迭代初始值求解方法的基础上,提出一种基于点与平面约束关系的最小二乘求解方法,提高初始值求解的准确性,并通过具体实例数据进行验证分析。     

Mapping individual trees with airborne laser scanning data in an European lowland forest using a self-calibration algorithm

Traditional field-based forest inventories tend to be expensive, time-consuming, and cover only a limited area of a forested region. Remote sensing (RS), especially airborne laser scanning (ALS) has opened new possibilities for operational forest inventories, particularly at the single-tree level, and in the prediction of single-tree characteristics. Throughout the world, forests have varying characteristics that necessitate the development of modern, effective, and versatile tools for ALS data processing. To address this need, we aimed to develop a tool for individual tree detection (ITD) utilising a self-calibrating algorithm procedure and to verify its accuracy using the complicated forest structure of near natural forests in the temperate zone.This study was carried out in the Polish part of the Białowieża Forest (BF). The airborne laser scanner (ALS) and color-infrared (CIR) datasets were acquired for more than 60 000 ha. Field-based measurements were performed to provide reference data at the single tree level. We introduced a novel ITD method that is self-calibrated and uses a hierarchical analyses of the canopy height model.There were more than 20 000 000 of trees in first layer in BF above 7 m height. Trees visible from above were divided into coniferous, deciduous and mixed trees that were then matched with an accuracy of 85 %, 85 % and 75 %, respectively. Compared to existing methods, the proposed method is more flexible and achieves better results, especially for deciduous species. Before application of the presented method to other regions, the calibration based on the developed optimisation procedure is needed.     

基于多尺度虚拟网格与坡度阈值的机载LiDAR点云滤波方法

点云滤波是机载LiDAR数据后处理的基础工作,本文提出一种基于多尺度虚拟网格与坡度阈值的机载LiDAR点云滤波方法。该方法采用类似影像金字塔的方式构建不同尺度即不同分辨率的虚拟网格,各级网格都以每个方格内最低点作为地面种子点,然后根据坡度阈值以分辨率由低到高的方式逐层对种子点进行平滑处理,最后以最高分辨率即最小尺度虚拟网格地面种子点作为基准种子点对整个数据集进行滤波处理。本文分别采用城区与郊区两块机载LiDAR数据进行了实验。实验表明,该方法能够有效地提取出地面点,运算效率也比较高,具有一定的实用价值。