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机载LIDAR数据滤波方法研究

曹红新  
【摘要】:机载LIDAR技术作为一种新兴的对地观测观测技术,因其高效的工作效率正在受到国内外越来越多的关注,同时也为测绘行业快速获取大范围的地形数据提供了一种可靠的作业方法。当前国内外对于LIDAR技术的研究已经跨越了最初的硬件方面的研究,主要针对LIDAR数据的相关处理进行研究。而对于由机载LIDAR所提供的激光脚点原始数据必须进行处理才能投入使用,而其中最为重要的一项处理即为LIDAR数据的滤波,数据滤波的结果直接关系着后续生成的DEM以及地形数据的质量。因此,由原始的LIDAR点云数据高效、精确而且快速地获得地形数据是当前一项非常重要的研究课题。基于这个研究目标,本文主要完成了以下研究内容: 1.详细介绍了机载激光雷达测量系统的组成,阐明了机载激光雷达系统的测量原理,根据立体几何的原理得到了激光脚点的三维坐标。分析了机载LIDAR技术的特点,与航空摄影测量以及InSAR技术进行了对比分析。 2.分析了机载LIDAR数据,对其数据的特点、组成以及国际标准的LAS数据结构都进行了研究。针对LIDAR数据的处理进行了相关说明。 3.详细论述了机载LIDAR数据的滤波原理,分析得出了滤波中存在的难点。对当前国内外常用的几种滤波算法进行了深入研究与分析,探讨得出了已有算法的优缺点。 4.深入剖析了移动面拟合滤波算法,本文针对该算法提出在一些步骤上的改进。虽然该算法在滤波的过程中可以过滤掉低点,但是却会影响初始拟合面的构造,所以本文提出在选择种子区域之前剔除掉数据中的低点;提出采用格网划分下的移动面游动方式滤波,并且摒弃采用六个数据点反算出二次曲面的六个系数的方式,选择利用多个点坐标利用最小二乘拟合法拟合出二次曲面。对于改进的算法,首先通过实验验证了它的可行性,并且对所获得的滤波数据进行了滤波误差统计分析,探讨了该算法适用的数据以及不同格网大小下算法的滤波性能。 本论文的研究表明,改进后的滤波算法能够更为正确地分类地面点,从而明显减小第Ⅰ类误差,第Ⅱ类误差不会存在明显的增大,并且同时总误差也都相应有所减小,滤波结果较好。


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