機(jī)載LiDAR(Light Detection And Ranging,LiDAR)能夠快速、大面積、高效率地獲取高精度的地形表面信息,在測繪,建筑,電力等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)載LiDAR在對地面采樣時,需要首先根據(jù)掃描區(qū)的任務(wù)要求,設(shè)置不同的掃描參數(shù)指標(biāo),結(jié)合POS(Position and Orientation System,POS)數(shù)據(jù)生成三維激光點云,以滿足測區(qū)任務(wù)的建模需求。在掃描參數(shù)選擇上,特別是PRR(Pulse Repetition Rate,PRR)的限制,會出現(xiàn)多周期回波現(xiàn)象,導(dǎo)致測距模糊,而且對每次飛行的掃描條帶寬度、點云密度和點云數(shù)量都會有不同程度的損失。高精度的三維建模中,點云密度直接影響了建模的質(zhì)量,而條帶寬度變小則直接導(dǎo)致了不必要的飛行次數(shù)。在地形測繪或者構(gòu)建三維電力線模型時,受點云密度和掃描寬度的限制,引起建模精度不足和電力線桿塔掃描帶周圍場景狹窄問題。在此背景下,本文根據(jù)國內(nèi)外的研究進(jìn)展和解決方法,沿用雷達(dá)多周期回波概念,解決點云測距模糊問題。研究工作主要有以下幾個方面:(1)機(jī)載LiDAR系統(tǒng)集成與點云生成原理。激光脈沖測距原理,集成機(jī)載LiDAR各組件部分以及之間的坐標(biāo)系系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。對數(shù)據(jù)獲取方法和機(jī)載LiDAR集成系統(tǒng)下的POS數(shù)據(jù)處理和精度評價做了分析。此研究為后續(xù)生成三維點云提供重要理論基礎(chǔ)。(2)基于一種高效率濾波算法提取模糊點云。針對模糊點云分層問題,提出一種濾波算法即分掃描線高斯擬合濾波方法,以高斯函數(shù)中間值為分離模糊點云的閾值,該方法可根據(jù)不同的掃描地形可以自動分類提取模糊點云,最后依據(jù)點云法向量進(jìn)行點云分區(qū)。為后續(xù)測距分區(qū)修正做準(zhǔn)備。(3)模糊點云測距和時間修正。基于提取模糊點云與原始采樣點云時間對應(yīng)關(guān)系,依據(jù)模糊點云時間查找原始采樣點云中出現(xiàn)的測距模糊記錄,然后根據(jù)多周期回波現(xiàn)象造成的最大測距整數(shù)倍原理,對原始掃描數(shù)據(jù)的測距進(jìn)行改正,同時修正采集時間,最后重新生成三維激光點云。實驗結(jié)果分析表明,采用本文的研究方法,可以有效解決多周期回波引起的測距模糊點云問題,有效增加點云掃描寬度,提高點云密度。總體上,本文圍繞機(jī)載LiDAR測距模糊問題,采用軟件后處理的技術(shù)方法,增加了點云采樣密度和掃描寬度。為提高高重頻機(jī)載LiDAR采樣效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量,提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V243.5
【部分圖文】：

?ＩＭＵ以及機(jī)載ＬｉＤＡＲ測量系統(tǒng)的集成。??原理??激光剖面和激光掃描等技術(shù)，都是基于激光的高精度測距原理。不同的用途，有不同的組裝方式，有機(jī)載，地面或者星載等，但激光內(nèi)部裝置由激光發(fā)射器前面放一個透鏡，通過準(zhǔn)直儀可以使的發(fā)散角；當(dāng)脈沖發(fā)射時，有一小部分能量被光束分束器轉(zhuǎn)移到當(dāng)能量超過其閾值時，從而引發(fā)定時裝置；而且定時器是一個穩(wěn)，精度相對較高。計數(shù)頻率會根據(jù)要求的精度而有不同頻率配置，周期相一致，發(fā)射時間與接收時間同光速的乘積，即可記錄激光。脈沖發(fā)射與接收后記錄的時間，如圖２．１，由此可依據(jù)公式２．１。??Ｖ－／??Ｒ＝—２??距，ｖ表示為速度，一般為光速，？脈沖間隔時間。??

于機(jī)載平臺飛行方向測距采樣。處理單元通常是計算機(jī)，配備有顯示器和操作界面；數(shù)??據(jù)記錄單元用來存儲采樣數(shù)據(jù)、時間、波型數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)，以及包括ＧＰＳ位置數(shù)據(jù)??和ＩＭＵ的姿態(tài)數(shù)據(jù)。其集成模型如圖２．２所示。??ｉ??（；Ｉ＞Ｓ??！?激光發(fā)射器?，？＊＞?？＿＿＿＼＼?／??１?｜Ｖｌｔ?卜ｊ?＿＿＿＿＿＿?ｌｉ；?＼?＼??％ｉ?ｙ?＾?按Ｈ器Ｕ???＼?／??嫂盤?———＾??ｐｍｚｊ??、＿＿ｊ?處理電元編碼??：：｜?丨——????圖２．２機(jī)載ＬｉＤＡＲ的內(nèi)部組成??１）來源：Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ?Ｌａｓｅｒ?Ｒａｎｇｉｎｇ?ａｎｄ?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ?ａｎｄ?Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?２ｅｄ??ＧＰＳ單元用來測量記錄位置，并可通過地面參考基站、精密單點定位（Ｐｒｅｃｉｓｅ?Ｐｏｉｎｔ??Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，?ＰＰＰ）或者連續(xù)運行參考基站（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ?Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ??Ｓｔａｔｉｏｎｓ，ＣＯＲＳ）等方式獲取滿足一定要求的定位精度。專業(yè)軟件主要包括激光掃描儀的??遠(yuǎn)程控制，ＤＧＰＳ和ＩＭＵ的數(shù)據(jù)融合，航跡生成和三維點云生成以及點云數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生??產(chǎn)，比如ＤＥＭ，?ＤＳＭ和ＣＨＭ等。一般集成雷達(dá)系統(tǒng)中還包括高清照相機(jī)，以便同時??－１０－??

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文???影像生成?ＤＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ?Ｏｒｔｈｏｐｈｏｔｏ?Ｍａｐ，?ＤＯＭ）。??ＬｉＤＡＲ對地采樣往往有多個返回信號，不同的地物類型返回信號屬性也會有??圖２．３所示。電力線的返回信號較弱，而且散射大；樹冠由于冠層密集，返回??，且信號寬度較大，灌木相對次之；而地面由于基本屬于鏡面反射，反射信號??較窄。返回信號的差異以及高程值稱為點云分類的依據(jù)。??ＬｉＤＡＲ對地采集數(shù)據(jù)時，需要設(shè)置激光掃描儀的各個參數(shù)，以便得到滿意的??和數(shù)據(jù)。分別要對激光掃描儀的瞬時視場角（Ｉｎｓｔａｎｃｔａｎｅｏｕｓ?Ｆｉｅｌｄ?Ｏｆ?Ｖｉｅｗ，??對地面的飛行高度、脈沖測距垂直分辨率、最大準(zhǔn)確測距、掃描寬度、激光??間距包括航向間距和旁向間距、激光腳點密度和掃描一定面積必須的航帶數(shù)等??。??
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本文編號：2839077