武漢大學(xué)遙感院激光遙感重點(diǎn)

1、無需光照條件或?qū)ｉT的太陽高度角可在白天、夜晚或相當(dāng)惡劣的條件業(yè)全數(shù)字化0.5m 到 5m數(shù)據(jù)密集：典型激光光斑中心間距為15cm精度：地物建模應(yīng)用情形，典型精度達(dá)機(jī)載平臺：易于快速獲取地表數(shù)據(jù)可在反射率較低的地區(qū)工作可對細(xì)小目標(biāo)進(jìn)行探測寬視場角：飛機(jī)傾角可穩(wěn)定補(bǔ)償6、技術(shù)發(fā)展 20 世紀(jì) 70 年代，激光測距（登月計(jì)劃） 1980-1988，機(jī)載 lidar 可能性研究 1990，斯圖加特大學(xué)研制收個激光斷面測量系統(tǒng) 1993 1995 1999 2001 2002LiDAR系統(tǒng) TopScan（ ALTM 1020 ）系統(tǒng)年，德國出現(xiàn)首個年，全球有 5年，全球約有LiDAR套30LiDAR幾

2、套系統(tǒng)7560LiDAR年，全球約有年，全球約有個公司使用了幾套系統(tǒng)系統(tǒng)120個公司使用了75 幾套LiDAR，年平均增長率為 7.1 ，市場份額從5 增長到 12%目前國內(nèi)已引進(jìn)20 余套機(jī)載激光7、激光特點(diǎn)：單色性、方向性、相干性系統(tǒng)具有很高的輻射能量在大氣傳輸中很少發(fā)生繞射8、微波遙感的局限性波長長，能量子能量少不足以與目標(biāo)發(fā)生生化左右，無法探測目標(biāo)的生化特性時，遇小于波長的物體，更易于發(fā)生衍射9、激光光源可見光波段He-Ne 和 Ar 激光器短波紅外波段Nd： YAG 激光器（最成熟）長波紅外波段CO2 激光器DPL ）（發(fā)展重點(diǎn)）：，對人眼安全，大氣消光比低，可采用光纖光路二極管泵浦

3、固體激光無需制冷，不易受（和集技術(shù)，結(jié)構(gòu)小制作成本低，、高功率、高效率和高光束質(zhì)量，可距離、強(qiáng)度成像11、激光成像基本結(jié)構(gòu)12、激光成像高功率和束質(zhì)量的輻射源（激光）：<1>氣體（ CO2，大氣傳輸性能好，大、需低溫制冷）<2>固體（ Nd：YAG ，不同波長可分別研究大氣散射、海洋勘測、測污）<3>半導(dǎo)體二極管激光器（體積小，高靈敏度接受技術(shù)（成像探測器）長）：<1>單元（每次獲得一個像素的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生距離圖像、強(qiáng)度圖像）<2>面陣（二維陣列，成像像素多，成像速率不采用）<3>陣列探測器（將發(fā)射光分為N 束，同時照射N 點(diǎn)

4、，得到 N 個像素的距離強(qiáng)度信息，及二維信息， 對掃描器要求高， 可實(shí)現(xiàn)高速高分辨率成像，技術(shù)難度大）（高成像速率和高分辨率怒能同時滿足，探測器在速率不高分辨率高情況下采用）單元探測器時這一更加突出，面陣高性能二維掃描技術(shù)（掃描系統(tǒng)）：<1>力學(xué)（反射鏡轉(zhuǎn)動、擺動，體積大）<2>聲光（不包含機(jī)械運(yùn)動，掃描角小，掃描速度快，耗電量大，需做冷卻處理）<3>二（將一分為多束，掃描速度快，掃描較小，體積?。﹫D像處理及目標(biāo)識別算法（數(shù)據(jù)處理技術(shù)）13、激光成像掃描激光發(fā)展類型：單元探測器，通過平臺運(yùn)動和掃描實(shí)現(xiàn)一定探測范圍的成像凝視激光：需發(fā)射激光，使發(fā)射光覆蓋整個成

5、像區(qū)域，通過面陣探測器接收回波，通過飛行時間測量或調(diào)制解調(diào)描方式需要機(jī)載運(yùn)動掃描鏡等，實(shí)現(xiàn)并距，得到目標(biāo)三維圖像。 較傳統(tǒng)掃凝視成像實(shí)現(xiàn)“瞬時”成像，結(jié)構(gòu)簡單，成像速率高，分辨率高孔徑激光：在距離向上 發(fā)射大時寬帶寬信號， 對回波信號進(jìn)行 脈沖壓縮 得到距離向高分辨率；方位向上 利用平臺與目標(biāo)之間的相對運(yùn)動，平臺不同位置的目標(biāo)回波信號，經(jīng)相數(shù)據(jù)處理在空間上一個虛擬的大孔徑，實(shí)現(xiàn)方位向聚焦，獲得方位向的高分辨率。實(shí)孔徑的衍射極限，當(dāng)觀測距離達(dá)到數(shù)百公里甚至更遠(yuǎn)時，它是唯一能夠在有限的光學(xué)孔徑條件下獲得厘米級分辨率的光學(xué)成像手段。14、為何發(fā)展激光成像集成系統(tǒng)激光成像集成系統(tǒng)：激光成像：距離信息準(zhǔn)

6、確，強(qiáng)度信息質(zhì)量差普通遙感相機(jī)：圖像信息豐富GPS：空間位置準(zhǔn)確INS：姿態(tài)信息準(zhǔn)確其他激光遙感觀測系統(tǒng)：CCNS4 導(dǎo)航IMU 與相機(jī)連接架接收飛機(jī)激光掃描儀航攝相機(jī)(IMU/DGPS)系統(tǒng)高精度位置姿態(tài)測量系統(tǒng)機(jī)載 DGPS 天線地面 DGPS由于激光成像技術(shù)可提供各種目標(biāo)的距離圖像和強(qiáng)度圖像，可以滿足獲取第五幾何信息和物理信息的需要，但其強(qiáng)度圖像在影像分析方面信息量不夠。隨著 RS 技術(shù)和定向技術(shù)的發(fā)展，人們考慮組合一個集成系統(tǒng)，充分發(fā)揮各種技術(shù)的優(yōu)勢。 激光成像系統(tǒng) 所提供的地物目標(biāo)距離信息與GPS來，加上慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）提供的飛行平臺姿態(tài)信息，就可以結(jié)合起十分快捷地確。而同步工

7、作的其他RS 成像儀器 ，獲取地物定地物目標(biāo)的位置、高程三維坐標(biāo)目標(biāo)的影像信息與激光成像系統(tǒng)所獲取的強(qiáng)度信息 可為地物目標(biāo)分析提供豐富的光譜數(shù)據(jù) ，這樣的集成系統(tǒng)是具有吸引力的。第二章 激光及激光系統(tǒng)1、激光的產(chǎn)生當(dāng)某在獲得能量，處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)時，稱之為激光工作物質(zhì)。這種工作物質(zhì)本身是某些原子自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子，在過程中會作為入射光引起其他原子受激躍遷。由于工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，原子的受激輻射躍遷超過受激吸收躍遷，中的光就會得到 激勵和放大 。在工作物質(zhì)兩端分別放置一塊反射鏡，會因兩端的反射鏡 往返一個 光學(xué)諧振腔 ，這樣， 沿著腔軸方向的光并很快得到 放大。那些方向與腔軸方

8、向有一定夾角的光在幾次往返后會逸出腔外，形成自激振蕩，產(chǎn)生了激光。沿腔軸往返的光由于受激輻射迅速放大，激光產(chǎn)生的條件：工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)受激輻射躍遷超過受激吸收躍遷中的光得到激勵和放大2、激光器（公式理解）（1） ）定義：激光器（產(chǎn)生激光的裝置稱為激光器）由工作物質(zhì)、抽運(yùn)系統(tǒng)、光學(xué)諧振腔組成，其目的是通過激勵和受激輻射放大而獲得激光。（2） ）激光器各部位作用：工作物質(zhì) 由抽運(yùn)系統(tǒng) 被抽運(yùn)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài),因自發(fā)輻射產(chǎn)生向各個方向的光子，在光學(xué)諧振腔 的作用下，凡與腔軸有一定夾角的光束很快逸出腔外，沿腔軸方向的光則反復(fù)往返。（ 3）要求：激光要求具備發(fā)射高功率、窄脈寬、窄頻帶、較小

9、遠(yuǎn)場發(fā)散角光束較高的脈沖頻率的激光器。（4） ）未來激光器的發(fā)展：實(shí)用角度、波長角度、輸出功率、新類型激光器（5） ）激光器分類：固、液、氣、半導(dǎo)體、自由電子激光器氣體： CO 2 （000 ）+e在 CO2 工作物質(zhì)中加入適量CO 2 （001 ） +e（低能）N2 氣體，這時躍遷轉(zhuǎn)移概率最大，加入氨氣，CO 和 O2 可延長激光器氙氣，水蒸氣可使輸出功率增加，加入氫氣，<1>CO 2 激光器的優(yōu)點(diǎn)：。對人眼安全、具有優(yōu)良的大氣傳輸性能、有較大的輸出功率和能量轉(zhuǎn)換效率、易于進(jìn)行外差探測<2>CO 2 激光器的缺點(diǎn)：需低溫致冷、某些波段激光反射率低，CO2 激光易被水固

10、體：吸收CO2 激固體激光器在相干性、脈沖重頻和輸出功率等方面受到局限，遇到光器的，固體可調(diào)諧激光器（波長可調(diào)）半導(dǎo)體激光器：高低能級的載流子作擴(kuò)散運(yùn)動，最終形成P-N 結(jié)，若加偏壓,在結(jié)區(qū)形成窄區(qū)域，導(dǎo)帶（高能級）底部能級被電子占據(jù)在結(jié)區(qū)形成窄區(qū)域，導(dǎo)帶（高能級）底部能級被電子占據(jù), 價(jià)帶（低能級）頂部被空穴占據(jù)； 當(dāng)導(dǎo)帶電子回到價(jià)帶空穴發(fā)生受激復(fù)合時就產(chǎn)生了激光3、激光的應(yīng)用, 與自然科學(xué)、領(lǐng)域、信息處理、激光通信、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域LiDAR測繪中應(yīng)用：手持式激光測距儀、三維激光掃描儀、全站儀、機(jī)載、LiDAR4、激光：激光器與技術(shù)結(jié)合（ 1）特點(diǎn)：角分辨率較高、距離和速度分辨率高、目標(biāo)

11、發(fā)生生化作用、可以對極小的目標(biāo)進(jìn)行探測能力強(qiáng)、能夠與一些（ 2）分類：P46 P47P50，第二講按結(jié)構(gòu)分：系統(tǒng)（發(fā)射與接收信號共用一，由接收開關(guān)隔開）系統(tǒng)（發(fā)射部分和接收部分放置，目的是為了提高空間分辨率）（ 3）結(jié)構(gòu)框圖5、光束整形通過整形器出射激光的指向、方位信息、光束排布狀況、等參數(shù)，使其形成一定的排布規(guī)律，便于檢測與分析 。對于激光許多應(yīng)用，要求將基模光束整形為柱狀、具有平頂強(qiáng)度分布的光束。使光束強(qiáng)度在遠(yuǎn)場具有平頂分布的之一，衍射光柵 。通過調(diào)整光柵周期 ，和刻線相位調(diào)制深度可以達(dá)到所要求的整形效果。6、激光掃描在光束整形之后 ，采用某種技術(shù) 使激光束發(fā)生偏轉(zhuǎn) ，實(shí)現(xiàn)對某區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)

12、行掃描。高慣性掃描：主要靠反射鏡或棱鏡的旋轉(zhuǎn)低慣性掃描： 電光棱鏡的梯度掃描、 振動反射鏡的非梯度掃描、增益或損耗的內(nèi)腔式掃描衍射光學(xué)元件（ DOE）可替代旋轉(zhuǎn)平面反射鏡或棱鏡，省去了機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，減少了折射元件數(shù)量，能對任意非球面誤差進(jìn)行校正。7、激光探測的兩種的優(yōu)缺點(diǎn)（直接探測、相干探測）直接探測：將接收到的激光能量聚焦到光敏元件上，產(chǎn)生與入射光功率成正比的電壓或電流相干探測：探測器接收目標(biāo)回波信號和某一參考波的相干混合波信號 ，按照參考波的輻射源及其特性的不同進(jìn)行探測。 分為外差探測， 零拍探測和多頻外差探測等。相干探測接受孔徑不能過大。相干探測與直接探測對比優(yōu)點(diǎn) ：探測能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換效益

13、高、信噪比高、濾波性好、穩(wěn)定性和可靠性高。直接探測 的比較 簡單實(shí)用 ，普遍用于可見光和近紅外波段。在直接探測中, 探測器不能區(qū)別信號光與背景光采取濾光措施 。為了壓低背景噪聲和提高信噪比，必須相干探測能提高信噪比 和對微弱信號的探測能力，但比較 復(fù)雜，光源必須為 相干光源即 要求信號有很好的相干性，主要用于中、遠(yuǎn)紅外波段。外差探測： 一般外差探測激光系統(tǒng)由一臺連續(xù)工作的激光器作為輻射源發(fā)出參考波， 稱地振蕩器， 系統(tǒng)接收到的回波信號與來自本地振蕩器的參考信號混合之后， 由混頻器輸出的光束聚焦到探測器上然后再進(jìn)行信號處理零拍探測：本地振蕩信號是來自激光發(fā)射源的部分激光輻射，不需要另一個激光源。

14、零拍激光比普通外差激光結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性也更好。多頻外差探測：目標(biāo)與激光的相對運(yùn)動產(chǎn)生接收信號的頻移，可以提供有關(guān)目標(biāo)的非常精確的信息要求外差探測具有很寬的頻帶，以覆蓋回波信號的頻率和外差探測信號頻率。三頻外差探測（有兩個輻射源，兩個反射信號與本地振蕩器信號混頻，成像在光敏探測器上）8、激光信號的大氣衰減類型（重點(diǎn)）（ 1） 大氣干擾 效應(yīng)的表現(xiàn)：衰減（氣體和氣溶膠粒子、塵埃、霧、雨等的吸收和散射）折射（由于大氣密度分布不均勻，導(dǎo)致激光沿光路產(chǎn)生折射）其他（大氣湍流，導(dǎo)致光束擴(kuò)展和漂移；大氣吸收，引起光束相位變化）（ 2） 大氣衰減類型：大氣的 吸收：在大氣窗口內(nèi)，水汽的連續(xù)吸收必須十分注意的

15、。線吸收（與單色光波長相應(yīng)的大氣，如水汽， CO2），與高度密切相關(guān)）、連續(xù)吸收（大氣窗口內(nèi)的大氣大氣的 散射：瑞利散射（光的波長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粒子直徑）大氣米氏散射（氣溶膠散射，光的波長可與粒子直徑比擬時）雨滴、霧滴、霾等粒子，隨著高度的增加，散射系數(shù)很快減小大氣折射效應(yīng)：激光通過大氣時因不同的折射率造成光程增加，路徑彎曲。大氣折射效應(yīng)會造成目標(biāo)位置和距離測量誤差。9、對衰減影響最大的因素（公式不記）與波長有衰減系數(shù)：Om 為液吸收系數(shù)散射系數(shù)， K m吸收系數(shù)， Oa 為氣溶膠散射系數(shù)， ka 為氣溶為第三章機(jī)載激光數(shù)據(jù)獲取基本原理1、機(jī)載 LiDAR 系統(tǒng)系統(tǒng)原理：原理：已知空間點(diǎn)G 的坐標(biāo)的

16、坐標(biāo)及該點(diǎn)到地面點(diǎn)標(biāo)可以由 G 加 S 得到。P 的向量 S，則 P 點(diǎn)的坐激光測距單元：激光和激光產(chǎn)生激光， 由掃描裝置激光束發(fā)射出去的方向，掃描寬度由掃描視場（ FOV）決定發(fā)射和接收激光束的光孔是同一光孔 ，保證發(fā)射光路和接收光路是同一光路發(fā)射的激光束是一束很窄的光 ，發(fā)散度很小形成瞬時視場，激光束形成的一個照射角照射在一小塊地面接收被反射回來的激光束后由單元 進(jìn)行2、機(jī)載 LiDAR 系統(tǒng)激光測距技術(shù)：<1>測距儀要求：（1） ）精度高（2） ）功率高使激光束的能量盡可能大，經(jīng)過長距離的大氣損耗和目標(biāo)吸收等能量損失后，回到探測器時能夠有足夠的能量；近距離消除技術(shù) 解決空中的

17、塵埃等干擾使一部分信號返回接收光路的情況（ 3）體積?。?5）波長合適大氣窗口、背景光的區(qū)別、目標(biāo)反射率、探測器靈敏度、人眼安全<2>測距類型：（ 1）脈沖測距：測量脈沖信號往返時間差，測距精度取決于計(jì)時器的精度， 最大量測距離 應(yīng)考慮避免最遠(yuǎn)目標(biāo)所反射的激光束還未返回就發(fā)射下一束激光，與最遠(yuǎn)目標(biāo)有關(guān)。脈沖發(fā)射頻率 是指一秒鐘內(nèi)能發(fā)射多少次激光束，決定了相鄰的兩束脈沖的時間間隔， 由此決定了最大量測距離。為避免因激光幅值變化造成記時錯誤，在記時器的前端安置一個放大器進(jìn)行信號調(diào)整， 或采用分?jǐn)?shù)鑒別器 ，代替閾值鑒別器：按信號峰值的比例系數(shù)作為記時參照常量（ 2）連續(xù)相位差測距：測量往

18、返連續(xù)波的相位差了較高的測距分辨率和精度，最大量測距離又稱大不模糊距離，最短波長確定最長波長確定了最大量測距離，為二分之一最長波長（ 3）無論是脈沖激光還是連續(xù)波激光，最大測距與反射率的平方根和激光功率的平方根成正比。<3> 激光測距系統(tǒng)的測距精度 與測距信號的 信噪比 的平方根成反比，信噪比愈高，測距精度越高。（ 1）信噪比（ S/N ），信號功率與熱噪聲之比，其取決于很多因素，如：接收信號功率、信號帶寬、背景輻射、探測器響應(yīng)靈敏度、放大器噪聲等。（ 2）脈沖測距精度較連續(xù)。脈沖激具有大功率、可遠(yuǎn)距離測距等特點(diǎn)，不過脈沖系統(tǒng)要達(dá)到很高的精度需要非常高的技術(shù)法。（ 3）測距誤差來源

19、：和復(fù)雜的處理方噪聲、脈沖寬度和幅度、電的延遲以及時間測量單元中基準(zhǔn)振蕩頻率的穩(wěn)定性，以及激光功率、光束發(fā)散度、目標(biāo)反射特性、探測器靈敏度、飛行高度、飛機(jī)姿態(tài)誤差（ 4）脈沖激光測距儀測距誤差：a)系統(tǒng)誤差（計(jì)數(shù)器誤差、大氣折射誤差、電光延遲誤差）隨機(jī)誤差（噪聲誤差、距離誤差、漂移誤差）b)（ 5） 連續(xù)波激光測距儀測距誤差：a)比例誤差（與距離有誤差，系統(tǒng)誤差）（真空光速誤差、大氣折射率誤差、測尺頻率誤差）b)固定誤差（與距離無照準(zhǔn)誤差）誤差，偶然誤差）（數(shù)字測相誤差、幅相誤差、（ 6）要獲得較好的測距效果a)氣候條件：干、透明的大氣條件；b)時間條件：夜間最好，最壞的情況是白天陽光強(qiáng)烈；波

20、段選擇：選擇大氣透過率高的波段。技術(shù)：GPS，利用人造地球全球進(jìn)行點(diǎn)位測量導(dǎo)航<1>優(yōu)點(diǎn)：觀測站之間無需通視、精度高、操作簡便、全天候作業(yè)、實(shí)時速度快、<2>單點(diǎn)<3>差分在用戶性能好、性強(qiáng)：偽距觀測，一臺DGPS）：，精度差（，連續(xù)接收GPS 導(dǎo)航信附近設(shè)置一個坐標(biāo)已知的差分基準(zhǔn)站號，將測得的位置或距離數(shù)據(jù)與已知的位置、距離數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，確定誤差，得出改正值，然后將改正數(shù)發(fā)播給覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶，用以改正用戶的結(jié)果。<4>LiDAR 系統(tǒng)的 DGPS 技術(shù)：由于高精度要求，采用載波相位差分GPS 技術(shù)，又稱為 RTK 技術(shù)，實(shí)時處理兩個測站的載波

21、相位觀測值，實(shí)時提供三維坐標(biāo)，可達(dá)厘米級的高精度<5>LiDAR 系統(tǒng)中 GPS 作用：（1） ）確定成像時刻系統(tǒng)中心的地理坐標(biāo)（2） ）提供相關(guān)數(shù)據(jù)給姿態(tài)測量裝置，提高測定姿態(tài)角的測角精度（ 3）提供導(dǎo)航數(shù)據(jù)<6>影響 DGPS 精度的主要因素：（1） ）動態(tài) GPS 數(shù)據(jù)中的周跳（2） ）大氣延遲誤差的影響（3） ）多路徑 ( 機(jī)身造成 ) 誤差及作業(yè)區(qū)域的電磁干擾（ 4） GPS 信號的失鎖，可視數(shù)不夠（ 5）飛機(jī)離開基準(zhǔn)站太遠(yuǎn)，誤差的空間相關(guān)性降低慣性測量系統(tǒng)技術(shù)（INS ）<1>基本原理：利用陀螺和度計(jì) 等慣性元件 測量并計(jì)算得到運(yùn)動體的相對位置、

22、速度和姿態(tài)等導(dǎo)航參數(shù)?？梢杂糜?、測速、輸出姿態(tài)信息，以及測定重力異常和垂線偏差、相對大地水準(zhǔn)面起伏等。<2>慣性測量單元IMU ：度計(jì)等慣性元件的總稱，INS 的部件。 IMU 通常由三個陀螺和CPU 組成。（ POS 技術(shù)）：度三個陀螺，數(shù)字電路和<3>IMU 和 DGPS 組合DGPS 動態(tài)性能差，無法快速量測瞬間的變化，沒有姿態(tài)量測功能 ，但使用方便，成本低廉，可量測傳感器的位置和速率，精度高，誤差不隨時間積累 。IMU 技術(shù)的單獨(dú)工作，但其即能息 POS 技術(shù)：提高了問題高性能二維掃描技術(shù)誤差隨時間積累增長，使用時需不斷加以校準(zhǔn)， 不能長時間、測速，又可快速量測

23、傳感器瞬間的移動，輸出姿態(tài)信精度、增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性、部分解決了采樣頻率低的<1>遙感傳感器類型：（ 1）掃描類型的傳感器（LiDAR）（ 2）其他遙感傳感器類型：攝影類型的傳感器、類型的傳感器、非圖像類型的傳感器<2>（ 1）擺鏡掃描：通過電機(jī)帶動 反射鏡反復(fù)擺動 一定的角度，實(shí)現(xiàn)激光束在地面的掃描。（ 2） 旋轉(zhuǎn)棱鏡掃描：通過電機(jī)帶動 多面棱鏡旋轉(zhuǎn) ，由于鏡面的位置在不斷變化，導(dǎo)致反射光束的方向在一定的范圍內(nèi)往復(fù)變化，從而實(shí)現(xiàn)激光束在地面的掃描。（ 3） 橢圓掃描方式：旋轉(zhuǎn)一在 地面形成橢圓掃描線（ 4） 光纖掃描：目前僅 TopoSys激光纖組將可以實(shí)現(xiàn)<2&

24、gt;掃描形狀：128 根光纖組， 256 根采用光纖掃描儀，目前已有掃描在地面形成的形狀，不僅取決于激光掃描裝置及其工作方式，也取決于飛行方向、 飛行速度和地形 。激光所照射的那些點(diǎn)并不是等間距的。由于有時 掃描速度不平衡 ，造成掃描線邊上的點(diǎn)出現(xiàn)異樣，需從數(shù)據(jù)集合中去除這些點(diǎn)。3、LiDAR同步處理系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)距離數(shù)據(jù)、強(qiáng)度信息、CCD 等遙感數(shù)據(jù) DGPS 系統(tǒng)及 INS 系統(tǒng)等定姿數(shù)據(jù)、航跡文件激光點(diǎn)分布模式與技術(shù)數(shù)據(jù)等輔助數(shù)據(jù)這些信息數(shù)據(jù)必須通過同步信號保持相互關(guān)聯(lián)、匹配！離線時間同步方案：POS 數(shù)據(jù)和激光掃描數(shù)據(jù)在不同PC 機(jī)硬盤中。 POS數(shù)據(jù)與 GPS 時間相關(guān)，激光掃描數(shù)據(jù)

25、與PC1 的計(jì)算機(jī)內(nèi)部時間相關(guān)。4、雙掃描儀組合技術(shù) ：通過搭載兩個激光掃描儀，并使其同時工作，增加地面激光腳點(diǎn)密度5、LiDAR 數(shù)據(jù)獲取的有關(guān)參數(shù)（ 1）瞬時視場角（ IFOV ）：又稱激光發(fā)散角。是指激光束發(fā)射發(fā)散的角度。瞬時視場角的大小取決于激光的衍射。（ 2） 視場角（ FOV ）：激光束通過掃描裝置所能達(dá)到的最大角度范圍，目前比較先進(jìn)的LiDAR系統(tǒng)的掃描角都在60 度-75 度左右，基本能夠達(dá)到航攝像機(jī)的視場角度范圍（ 3） 脈沖頻率：時間內(nèi)激光器所能夠發(fā)射的激光束數(shù)量。脈沖頻率大會導(dǎo)致激光焦點(diǎn)過于密集，帶來大量冗余數(shù)據(jù)，影響數(shù)據(jù)處理的效果和效率。（4） ） 掃描頻率：線掃描方式

26、，每秒鐘所掃描的行數(shù)，即掃描鏡每秒鐘擺動的周期（5） ）垂直分辨率：脈沖通過的路徑上所能夠區(qū)分不同目標(biāo)間的最小距離。若脈沖寬度為10ns，1.5m，其回波能量才可能經(jīng)則在一個脈沖寬度內(nèi)，不同目標(biāo)距離至少為檢出，并區(qū)別開來。（6） ）最大飛行高度（最大量測距離）：系統(tǒng)所能精確測定的最遠(yuǎn)距離。影響因素：激光功率、光束的發(fā)散性、大氣折射率、地物反射率、探測器靈敏度等等（7） ） 最小飛行高度：取決于飛行平臺的類型，探測地區(qū)的地形，人眼的安全距離。（8） ） 激光腳點(diǎn)光斑特性：取決于激光腳點(diǎn)光斑大小回波的多值性： 光斑內(nèi)也許不同地物或有地面起伏，會造成同一束激光脈沖可能有多個回波信號動態(tài)重合系數(shù)及其影

27、響由于遙感平臺的移動 ，反射光束到達(dá)接收裝置時已不是原激光腳點(diǎn)的位置、大小和形狀了， 接收腳印與激光焦點(diǎn)光斑只有部分重合。動態(tài)重合系數(shù) ：激光腳點(diǎn)光斑與接收腳印重合部分的面積與激光光斑的面積之比。動態(tài)重合系數(shù)與激光發(fā)散角、瞬時視場角、飛行高度、掃描速度和波束傾角有關(guān)。（ 9） 掃描帶寬 SW ：，角度為視場角（ 10）掃描行的點(diǎn)數(shù)N：，F(xiàn) 為脈沖重復(fù)頻率， fsc 為掃描頻率， N 與飛行高度和掃描帶寬無關(guān)。若要求點(diǎn)的密度大一些，可適當(dāng)降低飛行高度。（ 11）激光腳點(diǎn)間距：a)旁向點(diǎn)距一條掃描線上相鄰激光腳點(diǎn)的間距，與掃描帶寬上的激光腳點(diǎn)數(shù)N 有關(guān)SW 和每條掃描帶b)航向點(diǎn)距沿飛行方向掃描點(diǎn)

28、之間的距離，航向激光腳點(diǎn)間距也與飛行高度無關(guān)，只與飛行速度和掃描頻率有關(guān)（ 12）最少航帶數(shù) ：， W 為航帶寬度， q 為航帶間的掃描重疊度。要計(jì)算掃描帶寬，與航高有關(guān)，在實(shí)際制定飛行計(jì)劃時，航高的確定須根據(jù)區(qū)域內(nèi)的最低點(diǎn)， 而航帶重疊度的計(jì)算則要依據(jù)區(qū)域內(nèi)最高點(diǎn)，避免在掃描帶寬很窄的情況下產(chǎn)生遺漏。（ 13）實(shí)際測量面積 ：（14） ）量測點(diǎn)密度：（15） ）量測點(diǎn)數(shù)據(jù)量：，每點(diǎn)序號、坐標(biāo)X、Y、Z 和時間按 4 字節(jié)，每點(diǎn)需要21 個字節(jié)，強(qiáng)度按一個字節(jié)（16） ）發(fā)射及接收激光束間隔內(nèi)的飛行距離：距離很短，影響到動態(tài)重合系數(shù)的大小（17） ）過采樣和欠采樣：，aL 為旁向直徑， dx沿

29、掃描方向的估計(jì)式為為旁向點(diǎn)距， Q>1 為過采樣，反之為欠采樣。6、常用商業(yè)LiDAR 系統(tǒng)（1） ） Leica 公司 LiDAR（2） ） Optech公司 LiDAR海洋用 LiDAR (SHOALS)， Leica ALS50-II，不涉足傳統(tǒng)測繪儀器，專攻激光：，僅用于軍方， ALTM 3100EA（ 3） Riegl 公司 LiDARRiegl LiteMapper5600：奧地利， 以長程廣角高精度的工程三維測量聞名，7、lidar 系統(tǒng)部件第四章 機(jī)載激光數(shù)據(jù)的處理1、lidar 工程的步驟：2、LiDAR 工程項(xiàng)目啟動，數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)處理，精度評定，項(xiàng)目驗(yàn)收飛行準(zhǔn)備：（

30、1） ）掌握測區(qū)概況（地形地貌）（2） ）選擇 lidar 型號（3） ）選擇飛行平臺（一是飛行速度，主要影響的掃描頻率的設(shè)置，二是飛行高度，主要影響脈沖頻率的設(shè)置，進(jìn)而影響點(diǎn)密度和精度）（ 4）申請航飛協(xié)調(diào)航空飛行（ 5）制定項(xiàng)目任務(wù)書（飛行高度，飛機(jī)型號，航攝分區(qū)，成果坐標(biāo)系，野外控制點(diǎn)量測）（ 6）其他準(zhǔn)備工作（地面航線設(shè)計(jì)：布設(shè)，配備，天氣預(yù)報(bào)，配備維護(hù)工具）（ 1）原則和：安全、周密、高效的原則，選擇最為合適的航攝參數(shù)（ 2）流程：傳感器選擇，坐標(biāo)系定義，計(jì)算航飛范圍，選擇飛行速度、掃描角度、脈沖模式、點(diǎn)云密度等（ 3）步驟：建立航帶設(shè)計(jì)工程，設(shè)置平面坐標(biāo)系和高程坐標(biāo)系，加載據(jù)，導(dǎo)入

31、設(shè)計(jì)線位，航帶設(shè)計(jì)，重復(fù)以上步驟，完成所有航段的航線設(shè)計(jì)DTM數(shù)（4） ）單脈沖、多脈沖：同等點(diǎn)間距的設(shè)計(jì)要求下，多脈沖航飛效率高。且其優(yōu)勢隨地形起伏變化增加越發(fā)明顯（5） ）配備數(shù)碼相機(jī)的航線設(shè)計(jì)：注意重疊度匹配，數(shù)碼相機(jī)航向重疊度設(shè)置和攝影基線檢查（ 6）最終航線檢查與地面模擬飛行：earth中瀏覽； 飛行飛行計(jì)劃到處到計(jì)劃導(dǎo)出到 FCMS 飛行管理（ 7）提交航飛設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：飛行件， kml 文件檢校場布設(shè)、測量：軟件中檢查；地面模擬飛行表，領(lǐng)航數(shù)據(jù)表，飛行文件，飛行示意圖文（ 1） IMU 和激光掃描儀的坐標(biāo)系不嚴(yán)格平行，需校準(zhǔn)（ 2）激光檢校場布設(shè)方案：校準(zhǔn)lidar 的相對和絕對高程

32、），校準(zhǔn)場（校準(zhǔn)物（校準(zhǔn)側(cè)滾和俯仰姿態(tài)），盡量遠(yuǎn)離水面等低反射率的地區(qū)（ 3）案例：高、低航高：第四講，P22（ 4）檢校點(diǎn)布設(shè)方案：直線坐標(biāo)系 WGS84點(diǎn)，零散點(diǎn)，所有點(diǎn)地物材料均勻，（ 5）相機(jī)檢校：相機(jī)與IMU 視準(zhǔn)軸不嚴(yán)格一直，需進(jìn)行視準(zhǔn)軸檢校安裝與測試：（ 1）開箱驗(yàn)貨與貨物清點(diǎn)（ 2）安裝步驟（ 3）飛機(jī)改造（ 4） GPS偏心分量測量（ 5）地面通電測試、（6） ）溫度處理（7） ）數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查與狀態(tài)評估檢校場地面配合和測區(qū)地面配合架設(shè)和地面配合：飛行操作與（ 1） GPS星歷：（2） ）地面通電測試與準(zhǔn)備工作（3） ）飛行質(zhì)量要求： 8 字飛行，地面靜態(tài)觀測，盤旋轉(zhuǎn)彎坡度要求

33、，飛行姿態(tài)要求，飛行速度要求（4） ）飛行作業(yè)和（5） ）激光掃描測量（6） ） GPS/IMU（7） ）數(shù)碼相機(jī)拍攝的空中操作定向測量（ 8）空中異常情況及處理數(shù)據(jù)檢查與質(zhì)量（1） ）數(shù)據(jù)整理歸檔（2） ）日志文件（3） ）數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查：影像數(shù)據(jù)檢查（4） ）補(bǔ)飛和重飛數(shù)據(jù)預(yù)處理：GPS/IMU 數(shù)據(jù)解壓，導(dǎo)航文件精度指標(biāo)，激光數(shù)據(jù)檢查， （1）地面點(diǎn)三維坐標(biāo)計(jì)算：通過激光測距得到各點(diǎn)距離，由GPSINS 量略，得到掃描儀的位置，由測出掃描儀的姿態(tài)， 由這些量測值計(jì)算出地面上各點(diǎn)的三維坐標(biāo)。第四講 2 后半部分）（ 2）調(diào)整航帶間點(diǎn)云不一致坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換： WGS84 轉(zhuǎn)地方局部坐標(biāo)系（計(jì)算文件

34、生成3、基于 LiDAR點(diǎn)云濾波點(diǎn)云的 DEM生成（ 1）目的：提取地面點(diǎn)，剔除非地面點(diǎn)，利用地面點(diǎn)生成DEM 。（ 2）基于 LiDAR度分析數(shù)據(jù)生成 DEM的工作包含： 點(diǎn)云濾波、DEM內(nèi)插、DEM精點(diǎn)云（距離數(shù)據(jù)）空間分布特征（1） ）地形平坦區(qū)域，由于激光脈沖的發(fā)射頻率一般是固定的，激光點(diǎn)規(guī)則分布（2） ）植被覆蓋區(qū)域，點(diǎn)云之間的規(guī)則間隔被打破，由于脈沖可以穿透植被形成多次回波，空間分布成團(tuán)聚等不規(guī)則形狀（3） ）水、云、雨或煙霧等能吸收近紅外波段的激光脈沖，造成局部區(qū)域的點(diǎn)云空間（ 4）、光亮金屬或物邊緣等表面的強(qiáng)反射，以及脈沖的折射、多路效應(yīng)等，會引起點(diǎn)云的x、y 或 z 值異常，

35、產(chǎn)生噪點(diǎn)識別地面點(diǎn)的依據(jù)：（ 1）露地表點(diǎn)云Z 值最?。?2）地物在垂直方向上形成層次分布，在相鄰地物之間，由于地面與地物的高度差異明顯，表現(xiàn)出高程突變現(xiàn)象基于高程突變的濾波的兩個基本前提：（ 1） DSM 中非地面點(diǎn)高于地面點(diǎn)（DEM ）（ 2）地面點(diǎn)高程變化太大 LiDAR 點(diǎn)云濾波典型（ 1）一維雙向掃描標(biāo)記法A、算法思想：<1>認(rèn)為非地面點(diǎn)與地面點(diǎn)的坡度大于地面點(diǎn)之間的坡度<2>認(rèn)為地面點(diǎn)的高程，低于鄰域非地面點(diǎn)的高程B、地面點(diǎn)判別條件：C、算法步驟：<1>基于高程和坡度條件掃描標(biāo)記出初始地面點(diǎn)：設(shè)起始點(diǎn)為房屋點(diǎn) ,根據(jù)坡度與高程閾值按從右到左、從左

36、到右進(jìn)行識別標(biāo)記<2>基于線性法進(jìn)一步去除非地面點(diǎn)：認(rèn)為局部區(qū)域地面點(diǎn)坡度一致，利用線性衰減法進(jìn)一步去除非地面點(diǎn)（計(jì)算坡度，從右到左，從左到右，取交集，線性衰減）（ 2） TopScan濾波A、濾波過程：<1>第一步，采用比較大的移動窗，在窗中搜索最低點(diǎn)，每次移動窗找出的最低點(diǎn)的全體形成初步地面模型<2>第二步，將所有點(diǎn)與此模型比較，在每一點(diǎn)上形成高差，值，則認(rèn)為是非地面點(diǎn)，濾除<3 第三步，減小窗口，重復(fù)一、二步工作，搜索最低點(diǎn)，形成地面模型，改變差超過某個閾閾值，濾除與地面模型高差大的點(diǎn)，集合重復(fù)數(shù)次后得到比較精確的地面點(diǎn)高程數(shù)據(jù)<4>

37、窗口和濾波閾值大小的選取：窗口小， 可能會將大房屋的頂點(diǎn)保留，窗口大，會使地表平滑， 微小地形變化被濾除； 閾值大， 會將一些植被點(diǎn)作為地面點(diǎn)保留下來，閾值小， 會將真實(shí)的較小的地形突變點(diǎn)去掉；地貌密切相關(guān)。窗口和閾值大小與實(shí)際地形（ 3）基于多分辨率方向的點(diǎn)云濾波<1> 線性法若相鄰兩點(diǎn)距離比較近，而且二者的高程相差較小，則認(rèn)為這兩點(diǎn)為同一類型點(diǎn)的可能性比較大； 否則較高點(diǎn)為地物點(diǎn)的可能性比較大。當(dāng)然隨著兩點(diǎn)之間的距離的加大，較高點(diǎn)為地物點(diǎn)的可能性也隨之減小<2>方向法算法思想： 在某一距離范圍內(nèi)，若當(dāng)前點(diǎn)與所有方向值的差值均大于該距離條件下的最大高差限差，則該點(diǎn)為地

38、物點(diǎn)，否則為地面點(diǎn)。<3>多分辨率方向處理采用類似影像金字塔的方式，構(gòu)建不同分辨率的數(shù)據(jù)集，以分辨率由低到高的次序依次進(jìn)行平滑處理（ 4）移動曲面濾波<1>算法原理：激光點(diǎn)云的空間反映了地形表面的空間變化，任何一個復(fù)雜的空間曲面，其局部面用一個簡單的二次曲面擬合，部面到一定程度，甚至可以將該局部面元近似表達(dá)成一個平面。<2>算法步驟：1.首先，選擇初始地面點(diǎn)，選擇局部最低的三個點(diǎn)作為點(diǎn)；2. 然后，進(jìn)行初始平面擬合；接著，基于平面擬合方程判別鄰近激光點(diǎn)，當(dāng)擬合點(diǎn)數(shù)達(dá) 6 個時，改用二次曲面方程進(jìn)行地形擬合；3. 最后，基于二次曲面方程進(jìn)行地面點(diǎn)的迭代判別，并

39、不斷更新地形曲面，完成 LiDAR 點(diǎn)云的濾波。<3>算法難點(diǎn)：點(diǎn)的選擇以及濾波閾值的確定點(diǎn)選擇不恰當(dāng)會使得曲面迭代擬合結(jié)果陷入極值，無法得到正確結(jié)果；同時濾波閾值需要根據(jù)地形起伏自適應(yīng)地變化，否則難以取得較好的效果。（ 5）基于 TIN 加密的點(diǎn)云濾波<1>原理：1.獲取一定的地面點(diǎn)組成初始的稀疏不規(guī)則三角網(wǎng)；2.對各點(diǎn)進(jìn)行，如果該點(diǎn)到三角面的垂直距離及角度小于設(shè)定的閾值，將該點(diǎn)加入地面點(diǎn)集合，實(shí)現(xiàn)TIN 的不斷加密。3.重新計(jì)算不規(guī)則三角網(wǎng)，然后再對非地面點(diǎn)集合內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行判別。4.如此迭代，直到不再增加新的地面點(diǎn)，或者滿足給定條件為止。<2>過程：1.采

40、用逐級內(nèi)插2 逐步迭代，由粗到細(xì)的內(nèi)插。迭代條件：點(diǎn)與三角形的夾角不能大于一定的限度點(diǎn)與所在三角形的距離不能大于一定的限度<3>點(diǎn)選取思路：物一般<4>算法難點(diǎn)：覆蓋較大的區(qū)域；這個范圍內(nèi)的低點(diǎn)一般是地面點(diǎn)。需要先將低的噪聲點(diǎn)去除，否則會造成沒有點(diǎn)可以選入的情況；對于低矮植被不容易去除；對于陡峭的小山坡也會發(fā)生錯分的情況。（6） ）自動濾波難點(diǎn)：局外點(diǎn)的影響，對象的復(fù)雜性，附著對象，點(diǎn)云分布不均勻、有斷裂（7） ）目前 LiDAR 點(diǎn)云濾波算法研究現(xiàn)狀：濾波算法研究趨勢：高精度全自動高性能運(yùn)算融合輔助數(shù)據(jù)源的濾波優(yōu)化算法 DEM 生成（ 1）地面空白填補(bǔ)濾波之后產(chǎn)生了一

41、些空缺點(diǎn)，如房屋頂點(diǎn)濾除后，應(yīng)補(bǔ)上所在位置的高程。需要進(jìn)行 DEM 的內(nèi)插處理。DEM內(nèi)插：反距離權(quán)重法（ what？）等。不同的插值效率，也適用于不同的插值用途。（ 2） DEM 模型： 規(guī)則格網(wǎng)模型， TIN 模型，混合模型。4、精度分析疊加對比分析：對應(yīng)不同的插值精度以及插值激光掃描數(shù)據(jù)生成的等高線與攝影測量生成的等高線疊加對比。抽樣統(tǒng)計(jì)分析：選擇植被較少或沒有植被的平坦地區(qū)作為檢查區(qū)域，與差分 GPS 測量結(jié)果進(jìn)行比較，得到高程殘差統(tǒng)計(jì)圖。5、LiDAR 優(yōu)勢費(fèi)用成本低：與攝影測量比較，所需費(fèi)用只是其四分之一左右，節(jié)省了山區(qū)林地地面實(shí)測的費(fèi)用、內(nèi)業(yè)處理的費(fèi)用等。限制條件少：飛行季節(jié)、時

42、間、天氣的限制較少，冬季也可以進(jìn)行，既便有雪也無礙；白天黑夜都可以工作；在陰天，6、飛行建議飛行掃描同樣有較好的結(jié)果。時間：在 11 月到第二年三月間進(jìn)行，最好選擇無雪無雨的日子。參量： 飛行和掃描參量根據(jù)需要確定，均掃描點(diǎn)距也有要求。掃描點(diǎn)的分布盡可能規(guī)律，對精度和平：使用GPS 差分處理，提高精度。檢測區(qū)域：選擇平地或斜地，植被覆蓋盡可能少，量測點(diǎn)密，量測精度高。檢測： 95%的點(diǎn)精度優(yōu)于7、強(qiáng)度信息數(shù)據(jù)處理：3dm 才算。重采樣，去粗差，取整、拉伸，去噪（椒鹽噪聲，融合去噪，基于平坦度的強(qiáng)度圖像去噪），應(yīng)用處理8、結(jié)合 LiDAR 強(qiáng)度和距離信息實(shí)現(xiàn)道路的自動提取（ 1）先利用距離信息生

43、成了DEM（2） ）再基于強(qiáng)度信息進(jìn)行濾波操作（3） ）最后對距離圖像按數(shù)字圖像處理的提取道路：a)高程約束，強(qiáng)度約束，道路條帶優(yōu)化處理，邊緣追蹤，剪枝b)道路中心線、道路雙邊線9、基于 LiDAR數(shù)據(jù)的道路提?。ǖ缆诽卣?、質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)）道路提取回顧（ 1）基于影像的道路提取：低分辨率道路檢測、高分辨率道路檢測、多尺度道路檢測（ 2）基于 LiDAR 數(shù)據(jù)的道路提?。褐苯踊?LiDAR 數(shù)據(jù)、結(jié)合輔助數(shù)據(jù)（道路提取的質(zhì)量評價(jià)：GIS 數(shù)據(jù)庫信息、高分辨率影像）完整度指標(biāo)、正確度指標(biāo)、遺漏度指標(biāo)、冗余度指標(biāo)、總質(zhì)量指標(biāo)基于特征約束的道路條帶提?。ǜ叱碳皬?qiáng)度約束的多尺度道路提?。?1） 道路特征

44、分析：幾何特性、輻射特性、拓?fù)涮卣?、功能特征、下文特性）?2） 基于高程約束的道路點(diǎn)提?。海?） ） 基于強(qiáng)度約束的道路點(diǎn)提?。侯A(yù)處理：粗差剔除、平滑處理（4） ）道路條帶優(yōu)化處理：基于密度的孤立噪聲點(diǎn)剔除， 基于面積的孤立區(qū)域剔除 （點(diǎn)云拓?fù)鋮^(qū)域連通性分析、面積閾值分割）構(gòu)建、道路特征提?。旱缆诽卣魈崛〉缆分行木€、道路輪廓線以及道度的提取等。（ 1）預(yù)處理（形態(tài)學(xué)閉操作），道路中點(diǎn)的檢測（細(xì)化處理），道路中線提?。ɑ诙喑叨鹊牡缆分芯€追蹤）（2） ）基于多尺度的道路中線追蹤（3） ）道路曲線的簡化處理（4） ）道路輪廓線的自適應(yīng)提取具體步驟：自適應(yīng)中值濾波、梯度計(jì)算、非極大抑制、閾值的自適

45、應(yīng)確定、道路輪廓點(diǎn)提取（ 5）基于道路輪廓線的寬度提取步驟：<1>根據(jù)測區(qū)的道度情況，設(shè)定道度檢測的結(jié)構(gòu)元素的范圍<2>從某一條道路中線的起點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)該點(diǎn)處的道路度方向搜索道路輪廓點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)元素沿道<3>利用結(jié)構(gòu)元素探測道路左右兩側(cè)的第一個輪廓點(diǎn)，若同時，則并分別計(jì)算輪廓點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)的距離，行步驟<4>取最小距離值為道路半寬，繼續(xù)探測下一點(diǎn)； 否則執(zhí)<4>擴(kuò)大結(jié)構(gòu)元素<2>驟<3>；若結(jié)構(gòu)元素，已達(dá)最大，則轉(zhuǎn)到步驟<5>該探測過程迭代（ 6） 道路提取約束：驟<2>至<4>

46、，直至所有道路中線點(diǎn)處理結(jié)束為止a)高程、強(qiáng)度、密度、面積約束b)區(qū)域連通性分析道路條帶與原始點(diǎn)云疊加c)基于相位編碼圓盤的道路提?。?1） 基本步驟：a)基于高程的道路點(diǎn)約束提?。ǔ２捎脼V波處理）基于強(qiáng)度的道路點(diǎn)約束提取b)c)基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、相位編碼圓盤的道路特征提取利用相位編碼圓盤與路段灰度圖卷積，經(jīng)過卷積可以得到幅度圖像和相位圖像，以得到道路的特征矢量線道路特征矢量線生成：道路中心線：連接道路中心線段，形成道路網(wǎng)；道路雙邊線：以中心線為標(biāo)準(zhǔn)，半為距離作平行線（可由卷積算法自動導(dǎo)出）；10、基于 LiDAR數(shù)據(jù)的橋梁提取及重建基于 LiDAR 點(diǎn)云的橋梁提取A、步驟：<1>大

47、物體過濾（剔除大型物）利用物體的拓?fù)涮卣?，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分成幾個不同方向的條帶，條帶寬度取略大于平均點(diǎn)距， 根據(jù)條帶計(jì)算并獲取鄰接邊高程突變。疊加各個方向的連通圖，找連通分量， 根據(jù)線段屬性和閾值連通分量是否代表大物體，濾除大物體。<2>橋梁提?。ǜ鶕?jù)橋梁特征、橋梁與小物體的不同）（ 1）橋梁和小物體的區(qū)分特點(diǎn)：a)橋梁至少有兩邊與地面相連；b)橋梁本身要高于周圍地面點(diǎn)；c)橋梁至少有兩個長邊，且長度要大于橋梁寬度等特點(diǎn)。（ 2）步驟：a)第一，預(yù)處理。計(jì)算每個點(diǎn)的光滑性（用鄰域擬合平面，計(jì)算平面與實(shí)際高程的殘差的標(biāo)準(zhǔn)差）和不連續(xù)性（用鄰域計(jì)算最大高度差）；b)第二，尋找點(diǎn)：劃分條帶

48、，根據(jù)線段，獲取滿足橋梁高于地面的特征的線段，提取線段上的點(diǎn)為點(diǎn)；c)第三，由點(diǎn)構(gòu)造三角網(wǎng)， 過濾掉長度大于閾值的邊，尋找連通區(qū)域，連通區(qū)域構(gòu)造的凸包即為潛在橋梁；d)第四，根據(jù)橋梁形狀和結(jié)構(gòu)特征，是否為橋梁。若是，則根據(jù)提取的橋梁凸包邊界，用原始數(shù)據(jù)點(diǎn)填充，得到橋梁候選點(diǎn)。<3>橋面重建（構(gòu)建TIN）（ 1）第一，剔除離群點(diǎn)：由于利用凸包提取到的橋梁點(diǎn)是所有橋梁范圍內(nèi)的點(diǎn)，因此可能有明顯高于或低于橋面的離群點(diǎn)，因此需要去除離群點(diǎn)。 對于每個點(diǎn)， 搜索其固定半徑內(nèi)的點(diǎn)數(shù)， 對于點(diǎn)數(shù)小于閾值 （閾值由點(diǎn)云密度自適應(yīng)設(shè)定）點(diǎn)，認(rèn)為是離群點(diǎn)，進(jìn)行去除。（ 2） 第二，橋梁點(diǎn)建TIN：對橋

49、梁點(diǎn)構(gòu)建二維三角網(wǎng)，并將每個點(diǎn)的高程值賦給三角形頂點(diǎn)。（ 3）第三，剔除狹長三角形： 去除長度大于閾值的三角形。結(jié)合 LiDAR 數(shù)據(jù)與遙感影像的橋梁提取及重建A、步驟：（1） ） LiDAR 點(diǎn)云分類和立交橋激光點(diǎn)的提??；（2） ）基于立交橋激光數(shù)據(jù)的橋面邊緣線和中心線提取；（ 3）集成遙感影像和LiDAR 數(shù)據(jù)的橋面邊界線精確提取；（ 4）橋體遮擋部分的識別與提?。挥捎谡趽醪糠值拿娣e有限，因此該部分的曲面變化不復(fù)雜，應(yīng)滿足平滑且簡單的特點(diǎn)， 可利用前后路段鄰域點(diǎn)集，代入曲面方程中求解未知參數(shù)，獲得遮擋區(qū)域近似曲面。 為了保持整個路段過渡的連貫性和平滑性，處理時采用最小二乘法進(jìn)行曲面擬合。（

50、 5）橋體三維建模。11、LiDAR基本應(yīng)用（ 1） DEM 、DSM（2） ）地物提取：（3） ）目標(biāo)分類（4） ）城市變化檢測（5） ）工程測量、制圖（6） ）數(shù)字城市、城市物、道路、橋梁、電力線、植被等等12、物的提取基于光學(xué)影像的方式的（ 1）包含內(nèi)容：物提取a)物的和檢測將其與其他地物分離確置b)物的表征和描述表述物，常用幾何形狀模型、高程模型c)物識別檢測結(jié)果與模型比較，精確識別物形狀類型類型d)物的三維重構(gòu)從圖形中獲取三維信息，構(gòu)造物在真實(shí)場景中的模型e)應(yīng)用環(huán)節(jié)：物變化檢測：根據(jù)不同的圖像檢測變化，改建、擴(kuò)建、毀壞等（ 2） 基于影像的提取a)利用單幅影像陰影分析的b)通過邊緣

51、檢測獲取物邊界的c)利用像對進(jìn)行人工判讀d)利用數(shù)字?jǐn)z影測量工作站進(jìn)行半自動或全自動的物提取（ 3）與 lidar 區(qū)別a)基于光學(xué)影像的處理方式：依賴地物反射光譜信號、影像匹配技術(shù)、 采用半自動或全自動的攝影測量b)進(jìn)行提取?；?LiDAR 點(diǎn)云的處理技術(shù)： 主動工作方式，受天氣影響小，快速獲取目標(biāo)高精度的三維點(diǎn)云。LiDAR基于（ 1）點(diǎn)云的方式的物提取物檢測（分割）<1>由激光掃描數(shù)據(jù)建立房屋模型,首先必須將房屋點(diǎn)從點(diǎn)云數(shù)據(jù)中識別、提取出來，即分割。<2>一般步驟：a、檢測出物激光腳點(diǎn)數(shù)據(jù)，即分割；b、分割后得到的結(jié)果為離散的空間點(diǎn)，為了方便物特征提取及重建，需

52、進(jìn)一步確定各物激光腳點(diǎn)所屬的物，即建立多對一的（多個激光點(diǎn)對應(yīng)于一個物）。<3>分割：a、局部直方圖分析：在數(shù)據(jù)密度足夠大，地面起伏不大的情況下，可采取局部極值檢測，并以極值點(diǎn)為中心進(jìn)行局部直方圖分析，得到合理的閾值，實(shí)現(xiàn)房屋點(diǎn)的檢測。b、采用濾波：濾波濾除非地面點(diǎn)，可用于房屋點(diǎn)的提取。c、利用激光掃描回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)：作為分析房屋的輔助數(shù)據(jù)，與反射率有關(guān)，數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。d、利用二維 GIS 信息：利用已有的圖形數(shù)據(jù)，輔助物的提取；但需要注意實(shí)際的屋頂面常常比圖形數(shù)據(jù)所顯示的面積要大。e、利用影像數(shù)據(jù)：現(xiàn)有的LiDAR系統(tǒng)在飛行時會同時載有多光譜和高光譜掃描儀，其影像數(shù)據(jù)將大大有助于房屋的提取。<4>物分割過程