【摘要】：車載移動測量系統(tǒng)將LiDAR系統(tǒng)搭載在移動的車輛上,能夠快速、連續(xù)、低成本的獲取道路以及道路周圍環(huán)境的高精度三維空間信息,具有廣泛的應(yīng)用,如城市規(guī)劃、智能交通、道路環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域。道路中心線和邊界是道路的基礎(chǔ)信息,是道路幾何估計以及道路周圍地物檢測的先決條件,因此從車載激光雷達點云中提取高精度的三維的道路中心線和邊界是非常有意義的。然而車載激光點云存在點密度高且不均勻、數(shù)據(jù)量大、存在遮擋造成的數(shù)據(jù)不完整、場景復(fù)雜等特點,造成從車載激光點云中進行道路目標提取困難。本文在總結(jié)前人的研究成果基礎(chǔ)之上,圍繞車載LiDAR點云道路幾何特征提取這一研究主題展開,提出一種利用OpenStreetMap(OSM)數(shù)據(jù)輔助的,基于活動輪廓模型的,從車載激光點云數(shù)據(jù)中提取道路幾何特征的方法,最終得到完整的具有屬性數(shù)據(jù)的三維矢量道路中心線與邊界信息,并針對一項實際應(yīng)用展開說明本文的研究意義。本文的主要研究內(nèi)容有:(1)闡述了本文研究的背景與意義,在LiDAR技術(shù)不斷成熟的背景下,從車載激光點云中提取道路信息具有非常重要的意義。(2)研究了國內(nèi)外關(guān)于車載激光點云道路提取的文獻成果,對目前存在的算法進行分類,分成基于掃描線、基于特征圖、基于聚類、基于機器學(xué)習(xí)四大類,對每一類方法中具有代表性的研究進行詳細說明,對每一類方法的優(yōu)勢與局限性進行總結(jié)�？偨Y(jié)了車載激光點云數(shù)據(jù)具有的優(yōu)點與缺點,從數(shù)據(jù)存在的缺點說明了從車載激光點云中提取道路目標的難點。(3)研究了國內(nèi)外將Snake模型應(yīng)用于道路提取的研究現(xiàn)狀,說明了 Snake用于車載激光點云道路提取的可行性。介紹了傳統(tǒng)Snake模型的基本思想、數(shù)學(xué)表達以及能量函數(shù)的收斂策略,然后闡述了在傳統(tǒng)Snake模型進行改進使其適用于道路提取的Ribbon snake模型,然后提出使用Snake模型相比于其他常見邊緣檢測算法進行道路提取的優(yōu)勢,接著提出對Snake模型進行改進,以便適用于車載激光點云的道路提取。(4)介紹了志愿者地理信息中的典型代表OSM數(shù)據(jù),包括OSM的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性信息,闡述了 OSM數(shù)據(jù)的優(yōu)點、缺點。車載激光點云數(shù)據(jù)具有精度高、有三維高程,無語義信息,OSM數(shù)據(jù)語義信息豐富,數(shù)據(jù)精度卻不高。OSM數(shù)據(jù)與車載激光點云數(shù)據(jù)可以進行優(yōu)勢互補,本文巧妙的利用snake模型將兩種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來,Snake初始時是OSM的位置,結(jié)束時位于點云的中心線,同時得到寬度和左右邊界信息。(5)針對本文算法提取出的柵格中心線與邊界進行矢量化、三維化。對于遮擋造成的邊界格網(wǎng)為空的情況,利用形態(tài)學(xué)對空格網(wǎng)的高程進行插值獲取準確的高程信息。將OSM的語義信息、屬性信息賦三維的道路邊界,形成既有準確的幾何信息又有屬性信息的完整的三維道路數(shù)據(jù)。根據(jù)路坎坡道處的點云特征判斷出邊界上準確的坡道位置,以便進行合理的路徑規(guī)劃
【圖文】：

常情況下取常數(shù)值。Ｓｎａｋｅ在某一點ｖ（ｓ）處的張力越大則一階導(dǎo)數(shù)越大，曲率越逡逑大則二階導(dǎo)數(shù)越大。彈性能量防止曲線擴張并使其收縮，彎曲能量使曲線光滑，逡逑防止曲線出現(xiàn)尖銳的角。內(nèi)部能量保證了曲線的連續(xù)性和光滑型。如下圖２－ｌ（ａ）逡逑是在僅有彈性能量時的Ｓｎａｋｅ的變形結(jié)果，圖２－ｌ（ｂ）是在僅有彎曲能量時Ｓｎａｋｅ逡逑的變形結(jié)果。逡逑９逡逑

武漢大學(xué)碩士學(xué)位論文Ａｘｔ邋＋／ｘ（＾ｔ－ｉ－ｙｔ－ｉ）邋＝邋－Ｙ（ｘｔ邋－邋＾ｔ－ｉ）逡逑＋／ｙＯｔ－ｉ，ｙｔ－ｉ）邋＝邋－ｙ（ｙｔ邋－邋ｙｔ－ｉ）以通過矩陣求逆進行求解，艮Ｐ：逡逑ｘｔ＾（Ａ邋＋邋ｙｌ）－１邋（ｘｔ＿！逡逑ｙｔ邋＝邋（Ａ邋＋邋ｙｉｙ１邋ｉｙｔ－ｉ－邋ｆｙ｛ｘｔ＾，ｙｔ．｛））＋Ｙ邋Ｉ是一個五對角帶狀矩陣，所以可以通過ＬＵ分解進行（ｎ）．因此式（２．１３）提供了一種（２．１０）的快速解法。逡逑（１９９２）提出了另外一種Ｓｎａｋｅ模型的解法，，叫做貪心算法。分法同時計算所有點的一次迭代結(jié)果，貪心算法逐個計算值，將該點移動到鄰域內(nèi)具有最小能量的像素，如下圖所范圍內(nèi)所有像素點，在邊界處即Ｖ／像素具有能量最小值，。貪心算法克服了變分法求解的不穩(wěn)定性逡逑
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P225.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 方莉娜;楊必勝;;車載激光掃描數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化道路自動提取方法[J];測繪學(xué)報;2013年02期

2 楊必勝;魏征;李清泉;毛慶洲;;面向車載激光掃描點云快速分類的點云特征圖像生成方法[J];測繪學(xué)報;2010年05期

3 閆利;張毅;;基于法向量模糊聚類的道路面點云數(shù)據(jù)濾波[J];武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2007年12期

4 李然;王成;蘇國中;張珂殊;唐伶俐;李傳榮;;星載激光雷達的發(fā)展與應(yīng)用[J];科技導(dǎo)報;2007年14期

5 李德仁;;移動測量技術(shù)及其應(yīng)用[J];地理空間信息;2006年04期

6 吳華意;宋愛紅;李新科;;機載激光雷達系統(tǒng)的應(yīng)用與數(shù)據(jù)后處理技術(shù)[J];測繪與空間地理信息;2006年03期

7 史文中,李必軍,李清泉;基于投影點密度的車載激光掃描距離圖像分割方法[J];測繪學(xué)報;2005年02期

8 李清泉,李必軍,陳靜;激光雷達測量技術(shù)及其應(yīng)用研究[J];武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報;2000年05期

本文編號：2641241