地基和机载激光雷达数据处理关键技术及应用研究

摘要

激光雷达是一种能够快速获取目标物三维空间信息的主动测量手段，它具有全天候、精度高、费用低等优点。近年来，地基和机载激光雷达在林业、城市、交通、水利等领域中得到了广泛的应用。本文旨在研究地基和机载激光雷达数据处理技术和行业应用。重点针对植被生物量估算、滑坡监测和建筑物边界提取开展数据处理技术和应用建模研究。
　　主要研究内容和成果如下：
　　1.阐述地基激光雷达系统原理及其数据获取方式。根据实际获取的地基激光雷达数据特征，结合植被生物量估算的应用需求，设计地基激光雷达数据处理流程。首先，对地基激光雷达数据进行预处理，剔除数据中的粗差。然后，进行数据滤波处理，获得地面点。最后，对非地面点进行数据抽稀，得到植被点。
　　2.研究机载激光雷达数据处理方法，重点研究机载激光雷达数据分类的原理和方法。对现有的机载激光雷达数据分类方法进行综合分析，并根据机载激光雷达数据特征进行分类，最终实现对建筑物、植被和耕地的分类。
　　3.在地基激光雷达获得的地面点和植被点的基础上，对草本植被的垂直结构参数——植被高度进行提取。对Landsat-8 OLI和Radarsat-2影像进行处理，计算植被指数和后向散射系数。研究BP神经网络原理，针对BP神经网络的缺陷进行优化改进。以植被高度、植被指数和后向散射系数为输入参数，采用优化的BP神经网络进行植被生物量估算，最终获得高精度的植被生物量估算结果。
　　4.在机载激光雷达数据分类的基础上，研究机载激光雷达数据在滑坡监测和建筑物边界提取中的应用潜力。重点研究机载激光雷达数据进行滑坡监测的处理流程，利用机载激光雷达数据的分类结果计算滑坡因子，并利用SPSS软件进行滑坡敏感性分析，最终计算得到瀑布沟库区的滑坡危险性分级图。研究建筑物边界提取的方法，给出边界提取的基本原理与处理流程，并利用Alpha-Shapes算法进行边界提取实现。
　　总之，本文通过大量的实例，对地基和机载激光雷达数据处理技术进行研究，并将数据处理结果应用到植被生物量估算、滑坡监测和建筑物边界提取中，为更进一步的激光雷达应用研究奠定基础。

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目录

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 LiDAR数据处理发展概况

1.3 研究目标和内容

1.4 论文组织

第二章 研究区概况与数据获取

2.1 地基LiDAR研究区概况

2.2 地基LiDAR数据获取实验

2.3 机载LiDAR研究区概况

2.4 机载LiDAR实验数据获取实验

2.5 本章小结

第三章 LiDAR数据处理研究

3.1 地基LiDAR数据处理

3.2 机载LiDAR数据处理

3.3 本章小结

第四章 地基LiDAR数据应用研究

4.1 地基LiDAR数据提取植被高度

4.2 Landsat-8 影像提取植被指数

4.3 合成孔径雷达影像处理

4.4 基于BP神经网络的生物量估算

4.5 本章小结

第五章 机载LiDAR数据应用研究

5.1 滑坡监测

5.2 建筑物边界提取

5.3 本章小结

第六章 研究结论与展望

6.1 研究结论

6.2 创新点

6.3 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文