复杂地形电力线机载激光雷达点云自动提取方法

针对传统电力线自动提取方法提取复杂地形下电力线效果较差的不足,从输电走廊机载激光雷达点云数据特征出发,在分析复杂地形下传统方法提取电力线问题的基础上,提出了一种电力线自动提取的新方法,并应用实际线路点云数据进行了可行性验证.所提方法首先通过空间划分将长距离、复杂地形转换为多个小距离尺度空间组合,基于子空间特征的差异化高程阈值分割算法实现地物点分离,解决了传统单一高程阈值分割法不能有效识别电力线与地物点高程重叠的不足,然后利用高程密度分割算法实现杆塔定位与电力线提取,并提高算法效率.案例试验结果表明,所提出的方法能实现复杂地形下和平坦地形下的电力线准确自动提取,且提取的正确率高,算法效率较好,提出的算法可用于工程.     

基于点云模型的人体尺寸自动提取方法

基于点云数据的人体尺寸自动提取是三维人体非接触测量的难点问题,提出一种基于点云数据的人体尺寸自动提取方法。其步骤为:对人体点云去噪并建立标准测量坐标系;给出一种自动分割算法将人体分为6部分;将人体测点分为极值点、局部极限点和一般点3类,在模型分割的基础上给出每类测点的识别算法;最后给出人体测量项目的计算方法。研究结果表明:与传统方法相比,本方法具有全自动、速度快、操作便捷的特点;所提出的测点识别算法和测量项目的计算方法是有效的,在准确率上满足GB/T 23698—2009的要求。     

基于力场的点云树木骨架提取方法

树木骨架是树木仿真及建模的基础,笔者根据树木的拓扑原理,直接利用地面激光雷达扫描获得的单木点云数据,提出了一种基于物理学中力场概念的点云数据树木骨架提取方法:首先对点云树木模型运用空间层次剖分的方法进行分层,根据点云的邻域关系建立基于树木特征点的简化表示,然后根据计算点的测地距离对树木特征点进行连接,再运用力场将位于树木表面的骨架连线压缩至树木内部,最后根据骨架夹角阈值对骨架进行顺滑得到最终的树木骨架。研究显示,将该方法分别应用在含笑树和樱花树的骨架提取中效果较好,相比同类算法效率较高。     

基于地面激光雷达点云的树木冠层变化定量分析

采用切片形式的Alpha Shape 3D法估算树木冠层体积,从不同相对位置分析体素空间分布状态的变化.基于网格模型提取变化点云,研究冠层组分的空间变化,以受台风玛利亚破坏树木冠层为例,应用所提出的方法进行定量分析.通过多角度分析可知,该台风对目标树木总体破坏较小,树木冠层垂直方向的中下部受损较大,枝叶受损多集中于距离冠层中心水平方向2.0～2.5 m区间.分析结果表明,该定量分析方法可以反映树木冠层分布及体积变化情况.     

基于车载激光点云的道路几何信息自动化提取

为了高效地进行道路设施信息采集与数字化建模,利用车载激光点云数据构建了一种自动化提取道路几何信息的方法框架。针对激光数据的无序性和冗余性,通过网格降采样和半径滤波精简点云规模、去除噪音点;通过栅格单元划分进行点云组织和索引,合理利用点云的空间局部性、缩减运算规模;利用道路要素在高程上的层次性与路面结构的连续性、光滑性,设计了高程滤波、基于主成分分析框架的局部法向量滤波、DBSCAN聚类等方法,实现从原始点云到路面点云的精确分割;利用采集车辆的行驶轨迹信息获取道路走向,利用其方向向量与法向量进行道路横截面的划分;切取横截面后投影至二维平面,并通过滑动窗口、最小二乘等算法提取道路宽度与平纵横参数。通过提取算法与人工测量的结果对比,在复杂街区和郊区公路两个实验数据集,点云分割准确性均超过87%,完整性均超过97%,提取质量均超过86%,几何信息的平均相对误差较小,说明算法具有良好的提取质量。有限算力条件下,两个数据集中点云处理时间分别是6.864与10.078 s/km,几何信息提取时间分别是1.732和0.843 s/km。提出的方法能够很好的兼顾提取效率与精度,在复杂街区和郊区公路环境下...     

基于激光点云的树木三维几何建模系统的设计与实现

根据树木的几何拓扑原理,直接利用地面激光扫描仪扫描获得的活立木点云数据,提出了一种基于点云数据的树木三维高精度、真实感的快速重建技术,重点解决了树木骨架点的提取、枝条系统分级重建、模型交互式编辑等关键技术.应用结果表明,基于点云的树木三维几何建模系统能够克服传统树木建模精度低、效率低、形态逼真度差等不足,依据点云数据能快速高效地重建出忠实于现实树木形态结构的三维真实感模型.系统具有良好、灵活的交互性以及较强的实用性,可广泛应用于森林资源管理、精准农业、古树名木管理、园林规划设计等领域.     

基于激光点云的隧道中心线自动提取算法

目的提出一种基于三维激光点云数据的隧道中心线自动提取方法,解决地铁盾构隧道中心线提取困难、精度低的问题.方法利用共有点坐标换算完成扫描仪坐标系和隧道工程坐标系的统一;截取一定厚度的隧道平面切片,并对切片点云去噪、滤波、投影,得到断面点云;通过改进的最小二乘椭圆拟合法,无需对所有断面点云拟合即可解算出精确的椭圆方程和该断面的中心点,利用二次样条曲线插值得出隧道中心线.结果通过对FARO FOCUS 3D X330获取的地铁隧道点云数据进行实验,笔者提出的方法能快速拟合出隧道断面,自动提取隧道中心线误差小于2.01 mm.结论该算法解决了以往隧道中心线提取方法速度缓慢且精度较差的缺陷,能对隧道施工以及隧道变形检测提供指导和借鉴.     

基于迭代最近点算法的激光点云拼接研究

在采用激光雷达进行建筑物的三维测量过程中,多站点测量获得的激光点云具有不同的三维参考坐标系,因此将多站点三维点云进行精准拼接是实现三维测量成像的关键。采用VLP-16激光雷达在不同测量站点对山东理工大学机械交通实验楼天井及其周边道路进行扫描,获得了多个站点的三维激光点云;对不同站点测量的点云进行了去噪预处理,消除了有噪声的散乱点云;选取不同站点测量点云的公共区域,采用迭代最近点算法,对各个点云进行了拼接处理,获得了完整的扫描区域三维成像。实验结果表明,此方法可实现不同站点激光点云的拼接,具有良好的拼接效果。     

基于激光点云的合浦汉墓出土陶屋三维重建

以LMS-Z420i三维激光扫描仪为例,给出了一种扫描站点与反射片设计、激光雷达数据与数码相片的配准、数据采集和预处理的方法;然后分别阐述2种不同类型的三维建模的方法:其一为通过基于Micro Station的三维建模插件Phidias的规则建模方法,另一种为基于Geomagic软件的三角网的建模方法;最后以合浦汉墓出土的陶屋为例来实现,给出2种建模方法获得的粘贴了纹理的模型.结果表明,规则模型能很好的反映陶屋的结构与比例,但不规则的模型能够很好的反映陶屋的现状.     

基于贝叶斯方法的蒙古栎林单木树高-胸径模型

【目的】贝叶斯统计法在提高参数稳定性上有较大的优势,但在森林生长模型中的应用并不多见。研究贝叶斯方法在树高-胸径模型中的应用,改进模型参数的估计方法,为蒙古栎天然林树高生长预测提供支持。【方法】以蒙古栎天然异龄林为对象,基于197块蒙古栎天然异龄林固定样地数据,采用传统极大似然法、贝叶斯法估计树高-胸径基础模型,以及极大似然法与层次贝叶斯法估计树高-胸径混合效应模型。随机抽取80%的样地数据用于建立模型,剩余的20%用于检验模型,基于基础模型与混合效应模型,利用经典概率统计法(极大似然估计)、有先验信息的贝叶斯统计法和层次贝叶斯统计法进行参数估计,分析模型的表现和参数分布。模型的拟合效果通过绝对平均误差(MAE)、相对平均误差(RME)、均方根误差(RMSE)、相对均方根误差(RMSE%)、决定系数(R²)、赤池信息准则(AIC)和偏差信息准则(DIC)指标来确定。【结果】对于基础模型,有先验信息的贝叶斯统计参数可信区间集中。对于混合模型,层次贝叶斯法估计的固定效应参数可信区间较传统方法更为集中,但随机效应参数可信区间相较极大似然法的置信区间更为扩散。使用层次贝叶斯混合效应模型的拟合效果最好,其决定系数R²为0.946。MAE、RMSE和RMSE%指标显示,层次贝叶斯法估计的模型精度最高,其次为极大似然估计的混合效应模型,贝叶斯法估计的基础模型以及极大似然估计的基础模型精度较低。【结论】层次贝叶斯统计法在拟合树高-胸径模型方面具有明显的优势,拟合效果最好,模型预估精度最高。此外,层次贝叶斯法能够以之前建立的模型结果作为先验信息而建立新的模型,是森林经营单位更新模型的可选方法之一。     

基于树冠体素特征的森林机载-地基激光点云无控配准

高精度森林机载-地基点云配准能够极大提高点云数据完整性,为森林生态参数反演提供良好的数据支撑。针对森林环境特征稀疏下的机载-地基点云配准问题,提出了一种基于树冠体素特征的机载-地基激光点云数据无控配准方法。通过包围盒位置方向初始化、树高-频数的树冠点云滤波、树冠点云体素化、基于滑动模板匹配的特征提取以及旋转矩阵求解等步骤实现机载-地基点云配准。通过不同森林结构复杂度的4组数据对所提出的方法进行了实验验证,获得的平均距离差异分别为0.245m、0.238m、0.184m以及0.020m。与最近邻迭代法、人工配准及二者组合方法这3种方法进行对比实验,结果表明,本文提出的无控配准方法在精度和稳定性上均优于这3种方法。     

基于鱼目摄像和地面激光雷达的真实叶面积指数计算

为了准确获得冠层的真实叶面积指数(LAIa),本文提出了一种基于鱼目摄像和地面激光雷达获取半球图像的计算方法.对鱼目摄像机拍摄的图片借助地理学上纬度线的概念来表征不同高度叶子的天顶角,通过统计学方法获取叶倾角,分析半球图像获取孔隙率.根据Beer-Lambert定律即可计算有效叶面积指数(LAIe);真实叶面积指数的获取则通过冠层的丛生系数来解决.激光扫描仪获取的冠层点云数据则经一定比例缩放在一个球的上表面,再通过球极平面投影和Lambert方位角等面积投影将上球面图像投射到平面上,以获取类似半球图像.     

地面点云分层等值线表面重建和多分辨率表达

提出一种基于分层等值线的地面激光扫描(TLS)数据表面重建及多分辨率表达方法.依据迭代的凸包算法,在具有垂直分布特点的点云中提取分层等值线.采用同步前进的最小外接圆方法完成分层等值线之间的三角剖分,得到地物局部三角形带.连接分层的局部三角形带并统一法线向量,得到地物整体三角网模型.采用等值线的高程间距和水平采样间隔作为控制参数,探讨了参数优化配置方法,实现地物整体模型的多分辨率表达.最后通过两个实例验证了本文方法的可行性.     

地面三维激光扫描建模精度研究

历史建筑三维模型重建是当前研究的一个热点.以某优秀历史建筑为例,分别对其进行全站仪CAD建模与地面三维激光扫描建模.首先阐述了两种建模方式的流程,并对不同建模方法进行对比分析,指出两者各自的优缺点;然后通过对两种建模方法得到模型的点位误差、几何体误差、整体模型中误差等不同方面进行分析研究,探讨地面激光扫描仪应用于大型建筑建模中能达到的精度,以及适应的场合.试验结果表明,相对于CAD建模方法,扫描建模方法具有快速、高效,模型精度较高等优点,并保留了建筑物细部特征,但其后期数据处理自动化程度不高.     

基于鱼眼镜头的树高测量方法

为解决当前测量树高方法中存在测量误差大、测量不便等问题,提出一种基于鱼眼镜头的树高测量方法.该方法首先利用鱼眼镜头成像模型确立世界坐标系到图像像素坐标系的变换关系;然后以畸变系数的等距投影模型为基础,利用Scar-amuzza鱼眼相机标定方法求解参数并建立测量系统模型;最后利用图像处理技术对实验图像进行轮廓提取、分割及极值点提取,实现对树高的测量.通过所提出的测量方法对树高进行测量,实验结果表明:测量方法的测量误差在-0.196～0.195m,树高测量最高相对误差为2.75％,平均相对误差为1.505％,说明该方法有效减小了测量误差,具有很高的精确性,同时测量方法简便,可操作性强.     

中国落叶松林胸径–树高相关关系的探讨

基于幂函数H=a D~b,对我国广泛分布的8种落叶松属(Larix Mill.)乔木184个样方胸径(D)与树高(H)的相关生长关系进行分析,并探讨林分密度、林分总胸高断面积、年均温度和年降水量对相关生长系数(b值)的影响。结果表明,相关生长系数在不同落叶松属间存在显著差异(P0.05):东北地区的兴安落叶松林(0.65±0.11)和黄花落叶松林(0.68±0.10)的相关生长系数显著高于西南地区的四川红杉林(0.51±0.17)和红杉林(0.54±0.15)(F=2.34,P=0.026)。林分密度和总胸高断面积不能解释b值的空间变异(P0.05),但年均温与b值显著负相关(R~2=0.09,P0.001)。研究结果说明落叶松属的不同种之间胸径–树高关系不同,且温度可能是导致不同落叶松林分胸径–树高关系存在差异的主要原因。     

基于运动模式识别的高程估计算法研究

在室内行人定位系统中,行人的高程定位精度关系到整个定位系统的可靠性。本文提出一种基于腰间传感器的室内行人高程估计算法。首先利用支持向量机识别行人上楼下楼动作,针对行人的运动状态采用自适应的高程估计算法。针对气压计测量值易受环境影响的问题,采用了基于EKF融合气压和加速度的高度估计算法,提高了高度估计算法的稳定性。经实验验证,当室内人员进行平地走、上楼等一连串动作后,基于差分气压测高法计算的高度误差为9.92%,基于加速度估计的行人高度误差为9.52%,EKF融合后定位误差下降到2.32%,提高了高程估计的精度。     

地面三维激光扫描技术及其在国内的应用现状

地面三维激光扫描技术是二十世纪九十年代新兴的一门测量技术,它采用非接触式高速激光测量,以获取研究目标的三维坐标和数码照片的方式,快速高效的得到大型实体或实景等目标的三维立体信息。因此该技术在核电站、文物保护、考古、建筑业、船舶、水利、能源、电力、交通、公安、市政建设等众多领域得到了广泛应用。