基于随机森林的光子计数激光雷达点云滤波

新一代星载激光雷达卫星ICESat-2首次采用了微脉冲光子计数激光雷达技术,由于单光子探测的灵敏性导致数据在大气和地表下层产生了大量噪声,因此对光子计数激光雷达点云数据实现信号和噪声的分离是开展进一步应用研究的前提和基础。本文选择美国俄勒冈州和弗吉尼亚州2个研究区,采用MATLAS数据,根据光子点云数据的特点构造了12个光子点云特征,对所构造的特征利用随机森林进行变量筛选,用机器学习方法对光子点云进行分类,并将建立好的模型推广到整个研究区。研究结果表明,本文构建的分类器分类总精度达到了96.79%,Kappa系数为0.94,平均生产者精度和用户精度分别为97.1%和96.8%。在相对弱噪声、平坦地形区域和强噪声、复杂地形区域都取得较好的分类结果。本文结果显示了基于少量样本通过机器学习的方法构建模型,可以推广到较大范围区域的光子点云分类应用中。     

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。     

一种顾及有色噪声的四星座GNSS动态导航滤波算法

经典Kalman滤波要求噪声是高斯白噪声,而动态GNSS定位的观测误差和状态预测误差往往是有色噪声。本文提出一种简便的有色噪声函数模型拟合滤波算法,采用前面历元的观测残差和状态残差建立有色噪声模型,削弱有色噪声对动态导航解算的影响。采用四星座GNSS接收机观测数据进行动态导航实验,结果表明,顾及有色噪声的动态导航滤波算法比未顾及有色噪声的经典Kalman滤波算法定位精度更高,三维位置精度提升9%以上。     

GNSS变形监测网短基线时间序列噪声特性分析

利用时间跨度为5 a的GNSS短基线时间序列对噪声特性进行分析,发现长周期噪声分量(随机游走噪声)。选取最优噪声模型,评估不同噪声模型对测站周期振幅和线性速度估值的影响。结果表明,短基线时间序列中有色噪声应顾及闪烁噪声和随机游走噪声,对于表现出随机游走噪声的分量,可能与测站的真实运动有关;假设只有白噪声时求得的速度估值与最优噪声模型下求得的速度估值存在0.4～0.6 mm/a的偏差,对周期振幅的影响可以忽略。     

日本“3·11”海啸引起的乐清湾共振研究

本文基于TELEMAC-2D模型建立太平洋区域海啸传播模型,模拟2011年日本“3·11”海啸事件下海啸波的传播。使用实测数据对该模型进行验证,在模型验证良好的基础上分析日本“3·11”海啸事件对乐清湾的影响。通过频谱分析得到“3·11”海啸激发的乐清湾内240、180和103 min这3个主导模态的幅值及其相位。通过白噪声实验对乐清湾的固有共振特征进行估算,进一步支持了乐清湾在上述3个模态发生共振这一结论。白噪声实验还表明,海啸等海洋灾害发生时会在乐清湾湾顶及湾口处产生较大的增水,该结论对乐清湾内海洋灾害风险防范具有指导意义。     

深海滑坡灾害的物质点法模拟

深海滑坡可以沿着斜坡搬运大量沉积物,是危害巨大的海洋地质灾害之一。评估深海滑坡的流滑机制并量化分析其对海底结构物的冲击对海洋资源的开发利用至关重要。采用物质点法对滑坡的滑动特性进行了总应力分析。设计了三组不同的土体、海床参数,展现了三种不同的滑动形态:延展、块体和扩张。随后复现了流滑体对部分暴露管线的冲击过程,并对冲击力的稳定值进行了分析,分析中考虑了流滑体的惯性、抗剪强度和静压力的影响。研究表明,物质点法能够用于模拟深海滑坡的流滑过程及其对海底结构物的冲击,可以为海洋工程中的实际设计工作提供服务。     

基于DEM重力地形改正方法比较研究

为了比较研究直立长方体(Prism)模型、Tesseroid单元体模型、质量线(Line-mass)模型和质量点(Point-mass)模型等4种基于DEM(digital elevation model)重力地形改正模型的精度。通过模型分析、精度对比和数据试验等手段,基于计算距离、地形高度和DEM分辨率等因素对模型精度的影响进行了对比和研究。结果表明:距离越近,模型间相对误差越大,极近区应优先选用Prism模型;模型间相对误差随距离衰减情况受地形高度和DEM分辨率等多种因素影响;地形起伏越大,对模型的精度要求越高;DEM分辨率越高,模型精度越好;质量线模型的验算精度不及质量点模型。     

滩涂机载LiDAR点云数据滤波方法研究

机载LiDAR点云数据滤波是制作高精度数字地形产品的重要环节。通过分析常用滤波算法基本原理、滩涂机载LiDAR点云数据的特点,提出了一种基于潮汐水位高程约束,移动窗口滤波与三角网渐进加密滤波组合的滤波方法。试验表明:该滤波方法获取的滩涂地形有效点云数据质量与人工滤波结果相当,在一定程度上提高了滩涂区域机载LiDAR点云数据滤波的效率,为快速获取滩涂区域数字高程模型提供了有效途径。     

基于点云数据的建筑物建模方法

建筑物三维模型重在数字城市、场景重现、虚拟现实中应用广泛,三维激光扫描技术作为一种新的技术方法,在建筑物三维建模中应用越来越多。本文以三维激光扫描技术获取的点云数据为数据源,以一仿古建筑为研究对象,对点云数据进行优化处理,并用不同的建模方法进行三维建模,对比分析了每种方法的优缺点和适用范围,最后采用几何建模方法进行纹理贴图,得到真实的三维模型。     

基于NDT和ICP融合的点云配准方法

针对传统迭代最近点算法高精度低效率与正态分布变换算法高效率低精度的问题,提出了基于NDT与ICP融合的点云配准方法。首先通过NDT算法选择合适的网格参数将待匹配的点云向目标点云拉近以提高配准效率,完成粗配准,其次使用KD树加速的ICP算法求解变换矩阵以提高配准的计算效率。通过实验表明,本文方法匹配速度相比NDT算法和ICP算法有明显提高,且精度高于NDT算法。