机载LiDAR在省级基础测绘中若干关键技术研究

发布时间：2016-09-23 11:25

本文关键词：机载LiDAR在省级基础测绘中若干关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

《武汉大学》 2014年

机载LiDAR在省级基础测绘中若干关键技术研究

史建青

【摘要】：机载LiDAR是一种新型的空间对地观测技术,具有获取数据精度高、速度快、范围大,采样密度高、直接获取三维坐标、有一定的穿透性、多重回波及回波强度信息、同步获取多光谱影像等特点,是对传统摄影测量与遥感技术的进一步发展,解决了山区、滩涂、戈壁、森林、海岛礁等特殊地区建立高精度数字高程模型的难题,可以说其是测绘技术发展的一个里程碑。由于机载LiDAR系统组成单元的多样性,以及安装平台在高空的运动性,使得机载LiDAR扫描数据受到多种误差的影响,造成其原数据中不仅含有偶然误差和粗差,而且还存在系统误差；另一方面,机载LiDAR系统采用准随机方式采样,对采样点没有进行分类标记；机载LiDAR数据的这些特点,决定了其在使用前必须进行相应的误差处理和分类,同时,这也是目前机载LiDAR在工程实践中遇到的最大难题之一。论文结合江苏省省级基础测绘高程更新项目机载LiDAR数据,在充分分析机载LiDAR扫描数据基础上,对机载LiDAR数据中存在的粗差点剔除方法、地面点与地物点分离的滤波算法、系统误差补偿方法等关键技术进行了研究,使得数据成果能够满足省级基础测绘高程更新要求；另外,为完善省级基础测绘手段,对海上测绘新技术——船载LiDAR系统进行简单介绍和研究。论文主要对以下内容进行了研究： 1)简要介绍了机载LiDAR系统组成和工作原理,分析了影响机载LiDAR数据的误差源,并探讨了机载LiDAR点云数据特点和经典的粗差点剔除方法、地面点与地物点分离的滤波算法、系统误差检验方法及剔除策略。 2)基于拟合平面的极低点剔除研究了机载LiDAR点云数据极低点剔除的方法和流程。在现有粗差处理算法归纳和分析的基础上,针对局部区域高程突变思想,提出了一种基于最小二乘拟合平面的极低点剔除方法和流程。首先以目标点为中心建立一个体元,然后对体元中的激光点进行预处理,以便消除其中较高部分的地物点,再利用剩下的激光脚点采用最小二乘法拟合一个接近地面的平面,最后判断该点与拟合平面的距离,决定该点是否为极低点。利用ISPRS第3工作组提供的4个子样机载LiDAR数据,对基于拟合平面的极低点剔除方法进行了实验,并对实验结果进行了定性分析。 3)基于多区域增长的滤波结合点云数据特点和现实地形的多样性,研究了地面点与非地面点分离的方法。在对已有基于各种假设提出的滤波算法分析的基础上,提出了一种基于多区域增长的地面点与非地面点分离的滤波算法和流程：首先对整个测区进行窗口划分,然后将窗口内的最低点做为种子点,按照设定的坡度阈值与其邻域内的激光脚点进行比较,判别该激光脚点是否标记为地面点；以此法比较其邻域内的其它激光脚点,直至比较完毕；然后对窗口内标记为地面点的激光脚点继续做区域增长,直到再没有新的地面点增加为止；再按照同样的方法对其余窗口进行地面点区域增长,直至覆盖整个测区；最后,对窗口重新划分,标记的地面点继续在窗口内做区域增长；如此,对地面点与非地面点进行分类。利用ISPRS第3工作组提供的6个子样机载LiDAR数据和江苏省测绘地理信息局提供的2个区域的机载LiDAR数据,对基于多区域增长的滤波算法进行了实验,并进行了定量和定性分析。 4)基于最小二乘配置的系统误差补偿研究了机载LiDAR数据系统误差补偿方法。在总结和分析已有系统误差剔除或消弱方法的基础上,基于“数据驱动”的理论,提出了一种顾及偶然误差和倾向参数的最小二乘配置的系统误差补偿方法：首先,采用网络RTK采集试验区内一定数量点的三维坐标数据,并提取相对应位置的机载LiDAR高程值,然后对其进行统计检验,判定其系统误差是否存在,再将其中存在的系统误差看作一个倾向参数,利用最小二乘配置建立数学模型去估计检测点的倾向参数和最优值,根据此倾向参数对试验区的所有激光脚点进行系统误差补偿。最后,基于机载LiDAR数据设计了省级基础测绘高程更新的技术方案。 5)基于船载LiDAR的海岛礁测绘采用船载LiDAR系统进行海岛礁测绘方面的研究。本文在初步研究的基础上对船载LiDAR测量系统特点、单元组成及其主要功能、算法流程进行了介绍；还对扫描点云数据校正前后的点云图进行了定性分析；最后,利用位于黄海海域中两个岛屿的船载LiDAR扫描数据,经数据抽稀、粗差点剔除、地面点与地物点分类等处理工作,生成了等高线图。

【关键词】：
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P225.1
【目录】：

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