地表侵蝕沖溝對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活產(chǎn)生了嚴重影響,但常規(guī)數(shù)據(jù)和監(jiān)測方法難以滿足研究需求。本文以中國內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟太仆寺旗淖日溝村南部山坡為研究區(qū),利用三維掃描技術(shù)優(yōu)勢,以點云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立了高精度數(shù)字高程模型,開展了地表侵蝕沖溝的相關(guān)研究,主要研究內(nèi)容和成果如下:研究內(nèi)容包括:（1）面對多源點云數(shù)據(jù)配準,本文先進行粗配準,再進行精配準。在粗配準方面,對PFH特征描述算子、FPFH特征描述算子、4PCS算法、人工設(shè)置標靶球匹配四種粗配準方式進行了對比分析。在對本文的點云數(shù)據(jù)配準中,選擇了更為適合的標靶球方式,標靶球匹配能夠確定兩個點云集合的相對位置。在精配準時,采用了ICP算法,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的精配準。在對合并的數(shù)據(jù)濾波方面,由于兩種不同特點的點云數(shù)據(jù)只在空間形態(tài)上存在一致性,本為采用了更為適合的布料模擬濾波CSF算法,剔除非地面數(shù)據(jù),保留地面數(shù)據(jù)。（2）為了采集到全面的侵蝕沖溝數(shù)據(jù),對研究區(qū)進行實地考察,設(shè)計了數(shù)據(jù)采集方案,采用了具有不同特點的兩種掃描儀。站式掃描儀Riegl VZ-1000適合采集研究區(qū)域大范圍場景信息,充分表達地表侵蝕沖溝附近區(qū)域的地形特征;手持掃... 

【文章來源】：河北師范大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線

82多源點云數(shù)據(jù)處理三維激光掃描技術(shù)為構(gòu)建精細數(shù)字高程模型提供了必要的技術(shù)支持。了解三維激光掃描技術(shù)將有助于我們掌握掃描系統(tǒng)工作原理，了解點云數(shù)據(jù)特點，為后續(xù)點云數(shù)據(jù)處理，及生成DEM做好良好的前期準備。2.1三維激光掃描技術(shù)2.1.1三維激光掃描系統(tǒng)基本原理及優(yōu)勢三維激光掃描系統(tǒng)以光電探測技術(shù)手段的主動式新型三維坐標測量儀器，也常被稱為激光雷達（LiDAR，LightDetectionandRanging）。地面三維激光掃描系統(tǒng)組成部分如圖2.1所示：激光掃描儀、計算機以及電源設(shè)備。該系統(tǒng)主要由激光掃描系統(tǒng)，儀器內(nèi)部校準系統(tǒng)，激光測距系統(tǒng)以及CCD數(shù)字攝影系統(tǒng)組成[38]�；竟ぷ髟硎牵簰呙鑳x主動向目標物發(fā)射三維激光束，根據(jù)發(fā)射與接收的時間差，加上水平和垂直方向的步距角值，計算出掃描儀與目標物體之間的距離，得到該點的空間位置信息。并可采集到目標物體對激光的回波強度值，最終將采集到的信息進行記錄存儲，經(jīng)過相應(yīng)處理，可以展現(xiàn)出目標物體的空間位置信息等。圖2.1地面三維激光掃描系統(tǒng)[38]激光掃描系統(tǒng)通常使用的是儀器自定義的坐標系，激光三維點云數(shù)據(jù)點的空間坐標計算公式如2-1：（2-1）x=Scosαcosγy=Scosαsinγz=Ssinα

9其中：S為數(shù)據(jù)點到掃描鏡中心的間距，γ,α分別為水平角和天頂距。常規(guī)的DEM數(shù)據(jù)源有紙質(zhì)地圖數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)以及現(xiàn)有的DEM數(shù)據(jù)[39]。三維激光技術(shù)在測量方面具有以下幾點優(yōu)勢：（1）非接觸式測量，即對掃描目標物體無需進行接觸，通過主動發(fā)射三維激光對物體表面進行點云數(shù)據(jù)采集。可以應(yīng)用于采集危險或柔性目標環(huán)境，或人員難以企及的情況，保證了工作安全性，彌補了傳統(tǒng)測量方式的缺點，發(fā)揮了該技術(shù)的優(yōu)點。（2）擴大了測量工作范圍，從“點測量”擴大到了“面測量”，大幅擴大數(shù)據(jù)采集面積。（3）采樣點速率快，大幅提高了工作效率；并且采集到的點云數(shù)據(jù)精度高。（4）三維激光可部分穿過植被，獲取地面物體的的激光反射強度信息，其將有利于區(qū)分不同的地面物體。（5）三維掃描儀不僅可以采集到目標物體的空間位置信息，其外置數(shù)碼相機，還可以采集到其色彩信息；結(jié)合GPS定位系統(tǒng)，可進一步提高測量數(shù)據(jù)的準確性。（6）其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域都有地三維監(jiān)測、形測繪、現(xiàn)場保護、古建筑保護、文物保護、工廠改造等。2.1.2RieglVZ-1000三維激光掃描系統(tǒng)RieglVZ-1000三維激光掃描儀能夠?qū)崿F(xiàn)全波形數(shù)字化分析處理，屬于地面型三維激光掃描儀，其結(jié)構(gòu)組成圖2.2所示。圖2.2RieglVZ-1000三維激光掃描儀[40]該掃描儀很適合采集野外環(huán)境數(shù)據(jù)，對獲取野外侵蝕沖溝附近大范圍場景數(shù)據(jù)很適

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于FPFH特征和NDT算法的樹木點云配準[J]. 楊玉澤,孫英偉,林文樹.  西北林學(xué)院學(xué)報. 2019(05)
[2]基于LiDAR數(shù)據(jù)的布料模擬濾波算法的適用性分析[J]. 張昌賽,劉正軍,楊樹文,左志權(quán).  激光技術(shù). 2018(03)
[3]我國水土保持在生態(tài)文明建設(shè)中的實踐與思考[J]. 彭珂珊.  首都師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(05)
[4]降雨侵蝕力與東北黑土區(qū)典型小流域侵蝕溝發(fā)育關(guān)系研究[J]. 李建偉,顧廣賀,王巖松,鐘云飛,范昊明.  水土保持應(yīng)用技術(shù). 2014(05)
[5]我國數(shù)字高程模型與數(shù)字地形分析研究進展[J]. 湯國安.  地理學(xué)報. 2014(09)
[6]地面3維激光技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 劉向東,周杰.  測繪與空間地理信息. 2013(10)
[7]由離散點和特征線構(gòu)建DEM的優(yōu)化控制方法[J]. 宋敦江,岳天祥,華鳳.  計算機工程. 2012(19)
[8]內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯區(qū)土地利用/覆被變化及土壤侵蝕——以太仆寺旗為例[J]. 郭碧云,王光謙,張正峰.  應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報. 2011(S1)
[9]近40a黑土典型區(qū)坡溝侵蝕動態(tài)變化[J]. 閆業(yè)超,張樹文,岳書平.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2010(02)
[10]數(shù)字地形分析的理論、方法與應(yīng)用[J]. 楊昕,湯國安,劉學(xué)軍,李發(fā)源,祝士杰.  地理學(xué)報. 2009(09)

碩士論文
[1]元謀干熱河谷土壤類型與侵蝕溝形態(tài)關(guān)系[D]. 羊秀娟.西華師范大學(xué) 2019
[2]黃土高原梯田DEM地形特征研究[D]. 劉芬.西北大學(xué) 2015
[3]三維點云數(shù)據(jù)配準方法研究[D]. 陳陽.天津大學(xué) 2014
[4]三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于古建筑測繪及其數(shù)據(jù)處理研究[D]. 黃颯.河南理工大學(xué) 2012
[5]DEM表面地形突變特征表達方法研究[D]. 羅儀寧.西北大學(xué) 2011
[6]數(shù)字高程模型在工程中的應(yīng)用研究[D]. 趙遠方.解放軍信息工程大學(xué) 2007



本文編號：2992624