测绘工程专业《激光雷达技术原理》教学方法的研究

针对《激光雷达技术原理》课程,结合国际权威著作和最新研究及应用成果确定教学内容,提出了“了解-新型传感器原理”“熟悉——激光扫描仪操作”和“掌握—激光点云数据后处理方法”的由浅入深、理论实践结合的教学方法,旨在让学生更好地掌握现代的测绘高新技术,全面提升学生的自主学习、分析问题、解决问题和创新思维的能力.     

高分二号异轨立体数据的森林高度提取

森林植被碳储量的空间分布格局及其动态变化是陆地生态系统碳收支核算的基础。作为森林地上生物量的重要指示因子,森林高度的精确估算是提高森林植被碳储量估算精度的关键。现有研究已证明,由专业星载摄影测量系统获取的立体观测数据可用于森林高度提取,但光学遥感数据最大的问题是受云雨等天气因素的影响严重。区域森林地上生物量产品的生产需要充分挖掘潜在数据源。国产高分二号卫星(GF-2)虽然不是为获取立体观测数据而设计的专业星载摄影测量系统,但其获取的图像空间分辨率可达0.8 m,且具备±35°的的侧摆能力,在重复观测区域可构成异轨立体观测。本文以分别获取于2015年6月20日和2016年7月19的GF-2数据作为立体像对,其标称轨道侧摆角分别为0.00118°和20.4984°,以激光雷达数据获取的林下地形(DEM)和森林高度(CHM)为参考,对利用GF-2立体观测数据进行森林高度提取进行了研究。通过对立体处理得到的摄影测量点云的栅格化得到DSM,以激光雷达数据提供的DEM作为林下地形,得到了GF-2的CHM。结果表明GF-2提取的CHM与激光雷达CHM空间分布格局较为一致,两者之间存在明显的相关性,像素对像素的线性相关性(R2)达到0.51,均方根误差(RMSE)为3.6 m。研究结果表明,在林下地形已知的情况下,GF-2立体观测数据可用于森林高度估算。     

基于星载激光雷达ICESat-2的雪深监测方法研究

目前,被动微波数据是积雪深度反演的主要数据源,受其较粗空间分辨率的影响,反演雪深存在较大的不确定性。激光雷达由于其较高的测高精度,在雪深监测方面具有一定的潜力,基于星载激光雷达ICESat-2数据对北疆地区2018年10月至2019年9月积雪季的雪深进行了提取。由于很难获取ICESat-2轨迹点的雪深观测资料,因此首先利用地面雪深观测数据对目前流行的被动微波雪深反演产品进行验证,获取精度可靠的雪深产品并与发展的ICESat-2监测雪深数据产品进行对比。结果表明：AMSR2雪深产品在北疆地区误差较大,整体存在高估现象,中国雪深长时间序列雪深产品精度相对可靠,以作为对比ICESat-2模拟雪深的参考数据;ICESat-2雪深与中国雪深长时间序列雪深产品在空间上以及变化趋势方面吻合度较高,但ICESat-2雪深变化更加连续,说明ICESat-2激光雷达数据不但可以提取区域积雪的深度,对积雪深度的空间变化也比被动微波数据更加敏感,可以获取更加详细的积雪深度空间变化细节,为精细化的积雪深度空间分布提供数据支撑。     

基于机载LiDAR数据的建筑物轮廓规则化方法

在点云数据分类和建筑物轮廓提取的基础上,提出一种基于最小外包矩形的建筑物轮廓规则化方法。以任意两相邻轮廓点构建初始外包矩形,以迭代的方式将内点数最多者作为最终外包矩形,继而以面积比率、距离和均方根作为指标对规则化结果给出评判,最后以实际数据进行实验。实验结果表明,文中提出的方法能够有效对分类后的建筑物轮廓点进行规则化。     

海岸线及其测绘技术探讨

海岸线是人类所使用的最古老的边界线之一,然而,由于其动态特征,加之当今社会对海岸带的需求越来越多,这条边界线的位置存在争议,因而,如何使用客观手段测绘海岸线尤为重要。文中针对海岸线定义及其位置确定不明确的现状,指出海岸线定义存在的问题,给出完善定义的意见;分析海岸线常规的测绘方法,探讨海岸线精确测绘的新方法和技术。     

基于纵横断面的机载雷达点云数据滤波

针对现有基于坡度滤波的改进方法难以同时提升滤波速度与精度的问题,文章提出了一种基于纵横断面的机载LiDAR点云数据滤波方法。该方法视测区为多个断面构成,以行(列)为滤波基本单位,兼顾高程突变的方向信息,分别从纵横断面以基于坡度的判据进行滤波处理,可同时提高计算速度与结果精度。实验结果表明,该算法计算速度快,并且对于不同特征的地形都能取得较好的滤波效果。     

基于平面特征的地面雷达点云配准算法

针对地面LiDAR点云配准中不同坐标系点云数据存在对应的平面特征不同的问题,文章提出了一种基于总体最小二乘的地面LiDAR点云数据配准算法:通过对分割后的点云数据平面拟合,得到相应法向量;根据不同坐标系中LiDAR点云数据对应的平面法向量,利用反对称矩阵和罗德里格矩阵的性质,用3个独立参数代替3个旋转参数,采用总体最小二乘法建立旋转矩阵解算模型;采用总体最小二乘法确定平移参数的计算公式;最后根据转换后特征点云与对应平面点云的重复情况,给出了配准模型的精度公式。实验结果表明该方法精度较高,可以取得较好的点云配准效果,适合于含有大量重复平面特征的点云数据的配准。     

一种机载激光雷达道路点云的半自动提取方法

针对直接从LiDAR点云数据中提取道路信息比较困难的问题,文章提出了一种基于点云分割和区域生长的机载LiDAR数据道路点云提取方法:采用曲面生长法对点云进行分割,直接得到包含道路信息的曲面点集合;应用LiDAR数据的回波强度对分割结果中的道路进行强度标定,并采用区域增长的思想实现了道路的精细提取。实验表明,该方法能够高效、准确地提取道路点云,在路桥建模方面有较强的使用价值。     

点云滤除临时动地物构建表面模型方法探讨

针对获取高精度数字表面模型(DSM)效率不高的现状,文章研究了基于机载激光雷达点云滤除临时动地物的方法:通过对TIN迭代滤波与聚类进行改进,提出了两种滤除临时动地物构建DSM的方法,第一种是基于数据流TIN迭代与临时动地物的特征,直接滤除临时动地物构建DSM;第二种是基于数字高程模型(DEM),逆向添加滤除临时动地物点的非地面点构建DSM。最后通过实验证明这两种方法均可较好地滤除临时动地物构建DSM。     

机载激光雷达技术和摄影测量匹配技术在DEM生产中的应用

机载激光雷达技术和摄影测量匹配技术是国内制作DEM最为常见的两种技术,本文对这两种技术的作业流程及优缺点进行了详细论述,并在实验中将这两种技术组合应用,最终证明这两种技术如果能恰当地组合使用,可在DEM生产中显著提高生产效率.