面向地形数据的点云简化算法

针对地形点云数据量大、表面特征复杂多样等特点,提出面向地形数据的点云简化算法。基于K-D Tree搜索各点K邻域,构建点集空间拓扑关系|应用移动最小二乘法计算各点曲率,通过曲率的划分,在平缓区域按距离进行简化,保证整个算法的效率|在突变区域根据曲率简化,确保曲率变化大的关键特征信息不丢失,从而实现点云数据的简化。利用基于熵理论的定量评价方法,通过实例验证该方法的可行性和普适性。     

基于机载激光点云数据的山区道路提取

针对山区道路特点和机载激光点云数据处理的难点,依据道路点高程特点对原始点云滤波得到地面点集,利用点邻域内法向量和坡度、邻域内平面法向量偏角方差来描述山区完好道路表面的平滑特征提取候选道路点集,根据道路几何上连通的特性设置距离阈值对候选道路点集进行欧式距离聚类精化道路点,采用形态学细化方法提取道路线。以某一山区机载激光点云数据为例,实现道路提取方法,并验证方法的可行性。     

一种分步式建筑物屋顶面点云高精度提取方法

针对现有机载激光雷达（LiDAR）点云高精度提取方法存在建筑物屋顶面提取精度较低、适应性较差等问题,提出一种分步式建筑物屋顶面点云高精度提取方法。该方法通过主成分分析计算点云可靠性指标,选取可靠平面点;然后,利用K-means算法实现可靠点在法向量空间上的聚类,并通过逐步平面估计,提取初始屋顶面片;最后,进行面片的合并与未标记点的归属判断。实验结果表明,本文方法提取结果优异,效率较高,且对不同复杂程度的建筑物屋顶面均能取得较好的提取效果。     

基于无人机航空摄影测量的高程数据提取方法分析

无人机航空摄影测量作为一种新型的测量方式,具有成本低、机动灵活、工作效率高等优点,可获取点云、三维模型、数字表面模型、数字高程模型等数字化成果。基于上述数字化成果的高程数据提取方法有人工提取法、点云分类提取法、地面模型提取法等。介绍了三种不同的高程数据提取方法,并对其作业效率、获得的数据精度进行了对比分析,总结了不同高程数据提取方法的适用范围。     

以夹角调制的矢量地图可逆水印算法

传统水印嵌入方法往往导致原始载体数据质量的下降,而可逆水印技术由于能完整恢复原始载体数据,因此,在精度要求较高的矢量地图版权保护应用中具有较高的适用性。目前,栅格图像的可逆水印算法研究较为成熟,而在矢量地图领域则主要借鉴栅格图像的相关方法,由于没有充分利用矢量数据的组织特性,因此鲁棒性不强。针对上述问题,本文以矢量地图坐标点之间的基本空间关系在常规地图操作前后的不变性,提出一种鲁棒的矢量地图可逆水印算法。算法首先利用道格拉斯—普克方法将要素点分为特征点与非特征点两类,在此基础上计算每个非特征点与其相邻前后特征点连线所构成的夹角。在水印嵌入时,利用该夹角来映射水印比特位,并通过调整非特征点坐标来对该夹角进行调制以实现水印信息的嵌入。实验表明该算法所生成的水印具有一般可逆水印的不可感知性与可逆性,同时,对旋转、平移、要素排序、裁剪、压缩、简化等攻击也具有较好的鲁棒性。     

基于虚拟特征点的三维激光点云粗配准算法

在地面三维激光点云特征提取的过程中,由于三维点云数据采集仪器、采集方法及后期处理等因素影响,依靠传统的基于曲率、法线等几何特征及统计学算法提取出的点云特征数量较多且存在较大误差,若使用其直接作为特征点数据进行点云粗配准,很难提高点云粗配准的精度及速度。因此,本文在对点云数据实际空间分布结构分析的基础上,结合特征点提取算法、法向一致化算法、PCA（Principal Component Analysis）方法及特征点聚类等方法,提出了一种三维激光点云数据虚拟特征点拟合算法。该算法生成的虚拟特征点是由点云实际的特征点拟合得到,或是由位于被测物特征线上的特征点拟合生成的特征线计算得到,该虚拟特征点并不是扫描对象上实际存在的激光反射脚点。通过实验验证,虚拟特征点拟合算法可以较准确地拟合出由于设备及操作方法等原因而未被采集到的建筑物边角点数据,得到的虚拟特征点数据较实际特征点数据具有更少的数据量及更高的精度,使用拟合得到的虚拟特征点可以减少粗配准算法的计算量,提高粗配准算法的计算效率并能获得更精确及可靠的初始配准变换参数。     

车载激光扫描数据路坎点云提取方法

车载激光扫描系统能够快速准确地获取街道环境的点云数据,但由于扫描点云的点密度高、数据量大、空间分布不均匀、地物相互遮挡及城市街道环境复杂等特点,难以直接从原始点云数据中提取出路坎点云。本文首先通过分析路坎点云的空间分布特征和局部几何特征,构建包含相对高程、法向量方向、多尺度高程差及多尺度高程方差的点云特征向量;然后,采用SVM提取城市街道环境车载激光扫描数据中的路坎点云,并对提取结果进行聚类去噪,优化路坎点云。最后,通过Street Mapper 360系统和Lynx Mobile Mapper V100 系统采集的4份不同城市街道环境车载激光扫描数据对本文方法进行验证,其中路坎点云提取结果的完整度均超过了94.99%、准确度均超过91.88%、精度亦均达到了90.55%以上。实验结果表明,本文方法能够精确地提取复杂城市街道环境中规则或不规则的路坎点云,且具有较强的稳健性,适用于各类复杂的城市街道环境。     

基于几何特征的建筑物点云配准方法

针对规则建筑物点云数据特点,基于测量平差理论,提出一种基于点、面几何特征的点云配准算法。首先利用建筑物点云数据中平面与平面的重合关系,推导了基于特征面的点云配准模型|而后结合基于特征点的点云配准模型,给出基于点、面特征的点云配准模型|最后利用实测数据进行实验,证实该方法能在一定程度上提高点云配准精度。     

线面特征约束的跨源点云配准方法

随着三维传感器和三维重建技术的发展,跨源点云的配准融合成为了一个研究热点。传统的配准方法使用单一特征作为配准基元,会存在空间几何约束弱的问题。为了高精度融合跨源点云数据,充分表达场景中的立面信息,本文提出一种基于线面特征约束的跨源点云配准方法。通过RANSAC算法提取跨源点云中的同名线、面特征;利用四元数法描述空间变换参数,将线特征作为配准的约束条件,构建空间变换目标函数,估算变换相关参数完成粗配准,解决尺度差异性;在粗配准的基础上将面特征作为约束条件,求解旋转矩阵和平移参数完成精配准。以面特征代替点特征作为配准基元能避免从海量的点云数据中选取公共点,减少由人为选择的偶然误差,避免了误差的积累,进一步提高配准精度。最终使用影像匹配点云与激光雷达点云数据进行实验,结果为：在小区域单建筑、多建筑和大区域建筑群中RMSE值分别为0.364 7、0.032 0和0.614 6,且同名面之间的夹角最大不超过1.5°,最小不到0.1°,夹角角度均值在1°范围内。结果表明本文方法对具有尺度差异的跨源点云具有较好的配准效果。     

基于特征空间匹配的激光雷达点云配准算法

针对传统基于特征的粗配准效率低、误匹配较多的不足,提出一种基于特征空间匹配的配准方法。利用简化的PointNet模型实现特征空间的提取,以优化的点云PPF信息作为输入,根据提取的特征空间向量计算欧氏距离以筛选匹配点,通过RANSAC剔除误匹配点对完成粗配准,利用ICP实现精配准。实验结果表明,本文算法相比FPFH和SHOT算法与ICP结合可有效提升配准效率,且配准结果的均方根误差较小。     

基于改进的角度偏差法的采空区点云数据精简

在保证采空区几何特征不变的前提下,有必要对点云数据进行精简,提高三维建模及其应用的效率.介绍了点云数据精简算法的评价体系,探讨了空区探测系统扫测采空区的点云数据特点;在对比最小距离法、平均距离法、角度偏差法、弦高偏差法等采空区点云数据精简方法的基础上,提出了保留采空区几何特征更为有效的点云数据精简方法———改进的角度偏差法.通过对比精简前后的扫描线周长、面积及标准差等指标,认为该方法不但保持了扫描线的细节,而且使精简后扫描线上的点分布较均匀,为后续三维建模及应用打下良好基础.     

基于加权约束的单体建筑物点云表面重建算法

建筑物点云表面重建在高精度城市测绘、虚拟现实等领域有十分广泛的应用前景。由于建筑物的几何形态多变,重建算法普遍存在计算速率慢、拟合精度低和模型结构不完整的问题。为此,本文以单体建筑物为研究对象,提出基于加权约束的单体建筑物点云表面重建算法,在表面初始化过程中充分考虑数据对结构拟合的贡献。在此基础上,构建基于正则集的单体建筑物表面重建算法,实现建筑物拟合过程中的加权拟合误差、近邻结构平滑的同步优化。针对多类建筑物三维点云的实验结果表明,相比传统的建筑物重建策略,本文的加权约束方法可根据不同类型的点云数据设计自适应权重,并选择模型拟合中最优的权重函数,在高噪声、低精度点云数据下能得到更高精度的单体建筑物表面模型。     

矢量瓦片地图线化简算法研究

线状要素化简对提高矢量瓦片地图服务过程中数据传输效率和可视化表达效果至关重要。常见经典化简算法大多不考虑化简前后曲线空间关系的一致性保持,导致易发生化简结果尖锐化、局部极值点缺失和产生相交等异常问题,如果考虑化简前后空间关系的一致性,则影响化简效率。鉴于此,结合矢量瓦片地图服务应用需求,本文提出一种改进的Visvalingam算法,采用最小堆技术解决了最小权重值查找效率低下问题,利用线自相交拓扑关系判断策略,从全局考虑线上其它点对当前点的影响,解决了线化简前后拓扑关系的一致性保持问题。将改进的算法与原始算法在拓扑关系、几何特征、位置精度和化简效率等方面进行实验对比分析,结果表明改进算法可顾及线状要素的拓扑关系,保证化简前后线状要素的整体形态及其拓扑关系不变,能够更高效地应用于矢量瓦片地图在线服务中。     

球面线要素的多分辨率实时简化方法

在分析球面3维数据可视化特点的基础上,提出了视点相关的球面矢量数据LOD简化方法,基本原理是:以视点为基础在屏幕空间获取投影误差,反投影到模型空间得到动态简化阈值,并结合Douglas-Peucker算法,对矢量数据进行多分辨率实时简化表达.最后,开发实验系统并对相关方法进行了验证.结果表明:在不影响球面图形可视化效果下,数据量减少了约4～5倍,有效地提高了图形渲染速度和效率.     

利用高精度DLG进行机载LiDAR点云精度评定研究

LiDAR作为一种主动式获取高精度地表几何信息的地形图测绘技术,其获取的点云具有较高的相对精度与绝对精度,可作为无控或稀少控制条件下（无人机）航空影像高精度几何定位的地理参考数据。影像几何定位所能达到的精度依赖于几何参考数据自身的精度,因此评价LiDAR点云的精度对于将其作为地理参考实现航空影像高精度几何定位,具有较强的理论价值与实践意义。本文提出了利用高精度数字线划图（DLG）作为几何参考评定机载LiDAR点云精度的方法。首先,通过比对DLG中高程注记点的高程与LiDAR点云中对应位置处的高程,实现LiDAR点云高程精度评定;然后,通过统计LiDAR墙面点在平面上的投影点到DLG房屋矢量轮廓线的距离,实现LiDAR点云平面精度评定。实验结果证明,本文试验区域LiDAR点云平面和高程精度分别可达到7.2 cm和8.3 cm,可作为大比例尺无人机航空遥感控制数据的有效选择。     

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Chaos particle swarm optimization combined with circular median filtering for geophysical parameters retrieval from Windsat

This paper established a geophysical retrieval algorithm for sea surface wind vector, sea surface temperature, columnar atmospheric water vapor, and columnar cloud liquid water from WindSat, using the measured brightness temperatures and a matchup database. To retrieve the wind vector, a chaotic particle swarm approach was used to determine a set of possible wind vector solutions which minimize the difference between the forward model and the WindSat observations. An adjusted circular median filtering function was adopted to remove wind direction ambiguity. The validation of the wind speed, wind direction, sea surface temperature, columnar atmospheric water vapor, and columnar liquid cloud water indicates that this algorithm is feasible and reasonable and can be used to retrieve these atmospheric and oceanic parameters. Compared with moored buoy data, the RMS errors for wind speed and sea surface temperature were 0.92 m s~(-1) and 0.88℃, respectively. The RMS errors for columnar atmospheric water vapor and columnar liquid cloud water were 0.62 mm and 0.01 mm, respectively, compared with F17 SSMIS results. In addition, monthly average results indicated that these parameters are in good agreement with AMSR-E results. Wind direction retrieval was studied under various wind speed conditions and validated by comparing to the Quik SCAT measurements, and the RMS error was 13.3?. This paper offers a new approach to the study of ocean wind vector retrieval using a polarimetric microwave radiometer.     

基于MapReduce的多机并行DP算法与实验分析

随着网络地图不断发展,个性化网络地图也得到快速发展。个性化网络地图需要以矢量数据为数据基础,以满足人们对地图色彩、符号等个性化要求,所以需要实时、快速进行大量数据化简。本文以经典Douglas-Peucker算法作为曲线化简算法,利用开源云计算平台Hadoop建立多机协作的曲线并行化简服务框架,设计和实现了多机并行Douglas-Peucker算法,并在集群上进行实验分析,验证算法的效率和适用性。算法核心是设计数据的逻辑分片,利用MapReduce计算原理,将分片分配到集群中,实现并行运算。实验分别分为两个方面:(1)比较在固定阈值不同数据量情况下,传统DP算法与多机并行DP算法效率;(2)比较在相同数据量不同阈值情况下,传统DP算法与多机并行DP算法效率。实验表明,在大数据量和高复杂度情况下,多机并行DP算法的效率更高。