机载三维激光成像系统地面点提取与曲面拟合算法研究

摘要

机载三维激光成像系统(LIDAR)是一种集激光扫描仪、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种新技术为一身的新一代遥感测量系统，用于获取各种地物高精度、高密度的三维坐标数据，具有数据采集效率高、作业安全、DEM等数字产品的生产周期短、受天气影响小等优点。该技术在基础测绘、数字高程模型DEM、数字正射模型DOM、数字线画图DLG生产以及数字城市建设等领域具有广泛前景。其中对LIDAR点云数据进行滤波是对LIDAR数据进行解译与建模的基础任务。
　　 本单位所具有的机载三维激光成像系统相应的处理软件，不能满足我们实际的需要。同时由于国外卖方的保密性，该系统的软件中没有给出原始数据的读取和格式转换，在本单位课题的支持下，结合工作需求，本文进行了机载三维激光成像系统应用软件的开发研究。
　　 本篇论文首先研究了机载三维激光成像系统原始las标准格式的雷达数据，进行了数据的读取和转换，并根据激光点云数据的反射率信息进行了初步滤波，然后使用角度限制法则和窗口移动法则进行二次滤波，提取地面点，最后采用一般形式的高次曲面方程，结合最小二乘法对经过提取的地面点进行了曲面拟合的初步研究，同时使用计算机编程语言实现了此过程，并使用不同的阈值对不同的数据进行了结果的对比，试验结果表明该算法在提取地面点时，运行速度快，准确率高，并具有很高的实效性，可以满足不同情况下的数据处理要求：在进行曲面拟合时，生成的高次曲面方程能够准确的表达地面模型，精度完全满足要求。

目录

文摘

英文文摘

谨献

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源及研究意义

1.4 主要工作与论文结构

第2章 机载三维激光成像系统

2.1 LIDAR技术

2.1.1 系统组成

2.1.2 工作原理

2.2 机载三维成像系统数据后处理

2.3 机载三维成像系统的商业产品

第3章 机载激光雷达数据分析

3.1 机载激光雷达数据特点

3.2 机载激光雷达数据误差来源及精度

3.2.1 误差来源

3.2.2 数据精度

3.3 机载激光雷达数据组织

3.3.1 规则矩形格网表示

3.3.2 不规则三角网表示

3.4 机载激光雷达数据存储格式(LAS)简介

第4章 地面点提取算法的理论描述及实现

4.1 滤波原理

4.2 原始数据读入

4.3 算法的理论描述

4.3.1 根据回波和反射率信息去除噪声点

4.3.2 数据窗口化及寻找最小高程值点

4.3.3 根据角度限制法则寻找地面点

4.3.4 窗口移动法寻找地面点

4.3.5 地面点结果输出

4.4 实验结果与分析

4.4.1 城市建筑群的数据结果分析

4.4.2 海岛地貌的数据结果分析

第5章 最小二乘法曲面拟合研究及精度评价

5.1 数字地面模型的建模方法

5.1.1 基于三角网(TIN)结构的表面建模

5.1.2 基于网格结构的表面建模

5.1.3 基于离散点的表面建模

5.2 基于最小二乘法的曲面拟合

5.3 算法实现及精度分析

第6章 总结

6.1 论文的主要研究内容及结论

6.2 进一步的研究方法

参考文献

致谢

个人简历

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