机载双频激光雷达的点云数据可视化研究

摘要

传统获取地理信息的测绘手段耗时久、采样频率较低，目前全世界都在发展软硬件技术以期望我们对地理信息的数据精度能达到厘米级别，而激光雷达技术的进步使我们获取地理信息数据更为便捷、准确。激光雷达系统国外实验室现在大都致力于大面阵、高灵敏度激光探测器的研发。激光雷达技术不仅可以主动准确多维度的采集数据，并且还是一种连续密集的数据采集模式，因此激光雷达技术逐渐成为测绘技术研究的热点。在了解LIDAR发展史后，参阅国内外的研究现状，本文对改良型的双频海洋测深激光雷达系统方案进行研究并在研习国内现有点云数据处理软件的基础上，针对本雷达系统数据特点设计并开发相适应的处理软件DF-Lidar且基于论文工作提出了展望。
　　本文基于现有的双频激光雷达现状，提出双频激光采用点、线结合的扫描改良模型使扫描方式更为巧妙、高效。针对于不同的激光源采用不同的扫描方式，不仅提高了扫描速率，也使机载系统的功耗大大降低。本文详细介绍了此双频激光雷达系统的光学扫描系统设计思路，在水平分辨率相同的情况下，为了获得更大的单次激光脉冲探测面积，硬件方面采用13176的光纤阵列接收相互拼接在一起的8个1325的线阵APD从而代替大线阵的APD探测器阵列，改善了国外对国内大线阵APD探测器的禁运情况，随后给出了对整个机载雷达系统的综合控制模块方案。在上述基础上，本文的核心工作是针对整个机载双频激光雷达系统点云数据特点进行可视化软件设计开发，自主研发完成后数据处理软件DF-Lidar。本文编写完成了整个软件的人机交互界面设计、点云单航带与多航带数据录入模块、坐标转换模块及点云绘图模块。本文设计一种专有的点云数据格式完成改善软件运行时的内存消耗并针对点数据的插值方法进行了改良。其次，通过实验对软件的坐标转换模块进行手工验证，实验对比结果显示软件的最后计算结果与手工验算结果相同，证明软件的坐标换算模块功能完全正常。最后在上述基础上构绘出点云图并完成多航带数据拼接实验。该软件对国内Lidar数据处理软件的研发有一定参考价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 论文的背景与研究意义

1.2 国内外发展研究现状

1.3 论文研究内容及章节安排

第二章 双频机载激光雷达系统方案设计及数据预处理

2.1 改进型海陆双频激光雷达扫描模型

2.2 双频激光雷达光学系统

2.3 双频激光雷达系统综合控制方案

2.4 双频激光扫描系统扫描方式分析

2.5 双频机载激光雷达数据处理平台

2.6 最大测量距离设定

2.7 点云高程数据计算

2.8 LIDAR测量飞行作业航线设定

2.9 点云数据坐标转换模型实现及检校参数说明

2.10 双频激光雷达平台点云数据误差分析

2.11 本章小结

第三章 双频激光雷达点云数据可视化软件DF-Lidar 研究开发

3.1 双频激光雷达点云数据自主可视化软件设计

3.2 软件功能初始化设计

3.3 点云数据单航带与多航带选项设计

3.4 点云数据航带项目数据配置

3.5 点云数据航带配置异常处理

3.6 手工编辑坐标转换模块验证

3.7 插值方法改进研究

3.8 点云数据绘图

3.9 本章小结

第四章 可视化软件DF-Lidar数据处理实验

4.1 实验数据点云图像显示

4.2 多航带间点云数据拼接

4.3 本章小结

第五章 论文总结与展望

5.1论文总结

5.2 论文展望

参考文献

申请学位期间的研究成果及发表的学术论文

致谢