【摘要】：相對(duì)機(jī)載激光掃描儀器而言,地面激光掃描儀(Terrestrial Laser Scanners,簡稱TLS)能夠獲取地面復(fù)雜場(chǎng)景的三維精細(xì)點(diǎn)云數(shù)據(jù),具有高密度、高精度和高效率的特點(diǎn)。作為一種全波形TLS,RieglVZ-1000使用多回波點(diǎn)云技術(shù),能夠感知激光束在同一方向上獲取的不同距離的目標(biāo),即多回波點(diǎn)云信息,對(duì)研究遮擋區(qū)域即植被區(qū)域具有針對(duì)性,在改善遮擋目標(biāo)探測(cè)的準(zhǔn)確性上展現(xiàn)了巨大潛力。近年來,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,成功用于解決各類三維圖形圖像的分類和提取。目前,關(guān)于三維目標(biāo)形狀表示的方法,主要局限于單回波識(shí)別,不能應(yīng)用于基于多回波的植被遮擋探測(cè),原因在于缺乏良好的三維幾何表示方法表示隱蔽目標(biāo)因被遮擋而展現(xiàn)的不規(guī)則形狀。為了解決當(dāng)前問題,本文在探測(cè)植被遮擋的全波形TLS點(diǎn)云模型中主要做出了三項(xiàng)研究工作:首先,本文針對(duì)三維TLS點(diǎn)云數(shù)據(jù),基于體素分層,實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云場(chǎng)景中樹木自動(dòng)提取且F1值高達(dá)0.93,證明該算法可有效提取多回波TLS點(diǎn)云的樹木。其次,由于需要對(duì)隱藏在植被后面的隱蔽目標(biāo)進(jìn)行感知與探測(cè),因此需要檢測(cè)出中間回波代表的植被遮擋區(qū)域以及可能有隱蔽目標(biāo)存在的末次回波。本文利用全波形TLS點(diǎn)云中單次回波、一次回波、中間回波和末次回波的不同三維坐標(biāo)特性和回波強(qiáng)度特性,做成數(shù)據(jù)樣本,然后基于PointNet的三維點(diǎn)云網(wǎng)絡(luò)框架進(jìn)行樣本訓(xùn)練并進(jìn)行超參數(shù)調(diào)制,取得了良好的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和識(shí)別效果。隨之,本文采用深度Kd網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了末次回波中植被遮擋區(qū)域的隱蔽目標(biāo)探測(cè)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試采用兩組由Riegl VZ-1000掃描的TLS點(diǎn)云場(chǎng)景并和PointCNN對(duì)比。其中,本文采用的網(wǎng)絡(luò)PointNet測(cè)試的F1值最高達(dá)0.92,最低達(dá)0.81。而PointCNN的F1值最高僅為0.64,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文采用的方法具有可行性和優(yōu)越性。最后,本文對(duì)樹木及其隱蔽目標(biāo)點(diǎn)云的遮擋特性從位置、密度和回波強(qiáng)度等角度進(jìn)行了分析。引入了遮擋目標(biāo)和隱蔽目標(biāo)的三維差分位置坐標(biāo),并計(jì)算了其特征值和特征向量,分析了植被NDI指數(shù)和冠層密度的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了隱蔽目標(biāo)感知的可見性分析。
【圖文】：

知與檢測(cè)其遮擋目標(biāo)的一種新型測(cè)距傳感器。它通過向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖并接收逡逑其反射回來的回波信號(hào)，在三維空間上形成一系列點(diǎn)的集合，每個(gè)點(diǎn)都具有三維逡逑坐標(biāo)和強(qiáng)度，以此獲取目標(biāo)的幾何位置和反射率［３］。如圖１．１所示，對(duì)于植被遮逡逑擋場(chǎng)景，用ＴＬＳ獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以對(duì)被樹叢遮擋的隱蔽Ｂ標(biāo)進(jìn)行感知與探測(cè)。逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．１邋ＴＬＳ點(diǎn)云中樹木等植被遮擋實(shí)例：（ａ）隱蔽目標(biāo)位置，（ｂ）剖面實(shí)例逡逑ＴＬＳ點(diǎn)云數(shù)據(jù)以其高密度、高精度和高效率［４］等優(yōu)勢(shì)，成為了一種精確獲取逡逑空間數(shù)據(jù)的快速手段。首先，ＴＬＳ采用單色光且發(fā)射波束極窄，隱蔽性好，對(duì)地逡逑物和背景具有極強(qiáng)的抑制能力；其次，激光對(duì)隱身目標(biāo)具有極高的靈敏度，抗干逡逑擾能力突出；同時(shí)，激光掃描系統(tǒng)波長短，與微波掃描系統(tǒng)相比其體積和質(zhì)量都逡逑比較��；另外，它有極高的分辨率，，用其做精確制導(dǎo)，具有很高的精度。逡逑１逡逑

圖１．２多回波在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的表示，斜線為光束傳播方向逡逑內(nèi)容逡逑以全波形ＴＬＳ點(diǎn)云的多回波數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用基于體素的形，對(duì)樹木植被進(jìn)行自動(dòng)提取。結(jié)合多回波點(diǎn)云三維坐標(biāo)信息和強(qiáng)度，基于ＰｏｉｎｔＮｅｔ模型訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多回波自動(dòng)分類，從而自回波代表的樹木遮擋區(qū)域。隨之，基于深度Ｋｄ網(wǎng)絡(luò)在末次回波中探標(biāo)。聯(lián)合小光斑回波和點(diǎn)云特征描述，實(shí)現(xiàn)遮擋目標(biāo)和被遮擋目標(biāo)析和可見性感知實(shí)驗(yàn)。最后，通過對(duì)比試驗(yàn)和實(shí)際場(chǎng)景評(píng)價(jià)本文方驗(yàn)證研究成果的先進(jìn)性和正確性。逡逑于體素的全波形ＴＬＳ點(diǎn)云樹木自動(dòng)提取方法逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P225.2

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王雯;任小玲;陳逍遙;;一種改進(jìn)的區(qū)域增長彩色3D點(diǎn)云分割算法[J];國外電子測(cè)量技術(shù);2018年11期

2 陳華臻;高健;;面向反光工件點(diǎn)云缺陷的點(diǎn)云增強(qiáng)算法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2019年07期

3 馬東嶺;王曉坤;李廣云;;一種基于高度差異的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分類方法[J];測(cè)繪通報(bào);2018年06期

4 楊澤鑫;程效軍;丁瓊;程小龍;;面向室內(nèi)場(chǎng)景點(diǎn)云的對(duì)象重建[J];測(cè)繪通報(bào);2017年06期

5 翁福洲;黃鶴;;快速點(diǎn)云定向數(shù)學(xué)模型實(shí)際精度分析[J];北京測(cè)繪;2017年04期

6 琚俏俏;王令文;;基于自適應(yīng)切片的點(diǎn)云壓縮算法[J];工程勘察;2017年09期

7 許寧;鐘友玲;;地面三維激光掃描點(diǎn)云重建技術(shù)研究[J];數(shù)碼世界;2017年08期

8 龔書林;;三維激光點(diǎn)云處理軟件的若干關(guān)鍵技術(shù)[J];測(cè)繪通報(bào);2014年06期

9 徐守乾;朱延娟;;稀疏點(diǎn)云的曲面重構(gòu)[J];中國制造業(yè)信息化;2011年03期

10 梁新合;梁晉;郭成;曹巨明;;法向約束的多幅點(diǎn)云數(shù)據(jù)融合算法[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 牛雪娟;劉景泰;孫雷;;基于小波變換的柵格點(diǎn)云多分辨率分析[A];第二十七屆中國控制會(huì)議論文集[C];2008年

2 楊雪春;;反求工程建模中點(diǎn)云切片技術(shù)研究[A];全國先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第八屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

3 趙小祥;劉寶武;;車載點(diǎn)云中建筑物快速提取方法[A];地理信息與人工智能論壇暨江蘇省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2017年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2017年

4 張舒;謝艾伶;白志輝;王響雷;;三維激光掃描點(diǎn)云粗差剔除方法研究[A];《測(cè)繪通報(bào)》測(cè)繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇摘要集[C];2008年

5 解輝;張愛武;孟憲剛;;機(jī)載激光點(diǎn)云快速繪制方法[A];第二十五屆全國空間探測(cè)學(xué)術(shù)研討會(huì)摘要集[C];2012年

6 李文濤;韋群;楊海龍;;基于圖像的點(diǎn)云生成和預(yù)處理[A];2011年全國通信安全學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

7 吳新橋;王昊;楊家慧;;面向電網(wǎng)巡檢的點(diǎn)云高精度配準(zhǔn)算法研究[A];生態(tài)互聯(lián) 數(shù)字電力——2019電力行業(yè)信息化年會(huì)論文集[C];2019年

8 童艷麗;施昆;李志杰;;機(jī)載激光點(diǎn)云與影像的融合與分類技術(shù)研究[A];云南省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2016年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2016年

9 馬國慶;陶萍萍;楊周旺;;點(diǎn)云空間曲線的微分信息計(jì)算及匹配方法[A];第四屆全國幾何設(shè)計(jì)與計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

10 江倩殷;劉忠途;李熙瑩;;一種有效的點(diǎn)云精簡算法[A];第十五屆全國圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 楊靜;私企的天空有點(diǎn)云[N];山西經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào);2001年

2 記者 張瑩瑩;指點(diǎn)云嶺 激揚(yáng)文字[N];云南政協(xié)報(bào);2012年

3 商報(bào)記者 張緒旺;盤點(diǎn)云計(jì)算：概念眾多 能力存疑[N];北京商報(bào);2011年

4 記者 王力中 通訊員 沈惠芳;世界頂尖點(diǎn)云掃描設(shè)備技術(shù)入駐德清[N];湖州日?qǐng)?bào);2015年

5 曹裕華 高化猛 江鴻賓;激光點(diǎn)云 亦真亦幻[N];解放軍報(bào);2013年

6 VAR記者 張林才　郭宏遠(yuǎn) 彭敏;點(diǎn)云成金[N];電腦商報(bào);2011年

7 高衛(wèi)松　蔡列飛;武大師生兩論文獲美國攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)獎(jiǎng)[N];中國測(cè)繪報(bào);2014年

8 記者 祝桂峰 通訊員 張榮;構(gòu)建“智慧廣州”又添新技術(shù)[N];中國礦業(yè)報(bào);2012年

9 張立本 彭桂輝;航測(cè)局四項(xiàng)科研成果通過鑒定[N];中煤地質(zhì)報(bào);2014年

10 本報(bào)記者 李樹

本文編號(hào)：2606380