同机航空影像与激光点云制作3d-DLG的技术研究

摘要

因应急测绘业务之需，研发了GNSS+INS+LiDAR+RGB Camera(面阵相机)的主被动多传感器组合成像系统。对当前系统所获取的数据进行分析发现，4种传感器所获取的数据融合度不足。由此得到启发，形成了在此基础上研发3d-DLG（三维数字线划图）技术系统的思路。其主要研究内容、技术路线及创新点可归纳如下。
　　（1）由于GNSS+INS的精度不足，导致LiDAR点云所形成的DSM存在平面畸变，导致面阵相机影像存在方位元素误差。提出了通过构建相邻航片正射影像，然后影像匹配的方法，求解其相对定向元素的残余误差，以及通过校正后的正射影像和LiDAR点云DSM的边缘特征匹配的方法，求解DSM的平面畸变参数。最后，通过这两项改正，实现了LiDAR点云和RGB影像的一致性融合。
　　（2）在LiDAR点云与RGB影像良好融合的基础上，针对现有分类算法过程复杂人工干预多的问题，提出了植被指数辅助的两级点云分类方法，实现了把点云分为植被、地面和建筑物。改进了点云分类后点、线、面三种类型特征的提取方法，利用现有的CAD软件工具，完成了单栋建筑的3d-DLG制作试验。
　　（3）通过对无人机载主被动航摄系统的集成试验，发现了多传感器各自为阵的缺点，提出一种通过融合精化提高数据质量并拓展应用的技术路线。完成了小区域的三维数字线划图制作实验，达到了1∶2000的测图要求，初步证实了此技术路线的可行性。

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摘 要

ABSTRACT

目 录

Contents

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 航空影像与LiDAR数据融合

1.2.2 数字线划图

1.3 主要研究内容和技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 论文组织结构

2 主被动多传感器组合成像系统集成与实验

2.1 系统设计原则

2.2 系统组成结构

2.2.1 组合宽角光学相机

2.2.2 视频相机

2.2.3 红外相机

2.2.4 激光雷达

2.2.5 微波雷达

2.2.6 测姿定位系统

2.3 多传感器组合系统集成

2.4 多传感器组合系统实验

2.4.1 应急任务飞行

2.4.2 日常任务飞行

2.5 本章小结

3 LiDAR点云与RGB影像的融合精化求解

3.1 LiDAR数据分析

3.1.1 机载激光雷达系统构像机理

3.1.2 LiDAR点云滤波处理

3.1.3 LiDAR设备安置误差的检校

3.1.4 LiDAR点云平面畸变误差模型

3.2 RGB影像数据分析

3.2.1 从像片坐标到中心投影坐标的转换

3.2.2 单片正射影像计算

3.2.3 发现数据的不一致性

3.3 LiDAR点云与RGB影像的融合精化

3.3.1 相对定向元素改正值求解

3.3.2 LiDAR点云的畸变校正

3.4 本章小结

4 基于融合数据的3d-DLG制作方法

4.1 植被指数辅助的两级点云分类方法

4.1.1 一级分类

4.1.2 二级分类

4.2 景观特征的提取方法

4.2.1 点元素提取方法

4.2.2 线元素提取方法

4.2.3 面元素提取方法

4.3 线划图构建

4.4 本章小结

5 基于融合数据的3d-DLG制作实验验证

5.1 设备检校

5.2 数据获取

5.2.1 实验概况

5.2.2 飞行准备

5.2.3 数据获取

5.3 LiDAR点云和影像一致性融合

5.4 三维数字线划图成图

5.5 实验精度分析

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 有待进一步研究的内容

参考文献

致 谢

作者从事科学研究和学习经历简介