基于LIDAR数据的城市地表和建筑物模型提取技术研究

论文摘要

随着空间信息需求的不断增加,“数字地球”的概念深入人心,如何高效地获取高精度、可靠的三维数据已成为测绘工作者研究的热点。本文主要研究机载LIDAR数据处理的理论和方法,在分析和总结了LIDAR技术原理和特点的基础上,探讨机载LIDAR数据城市地表和建筑物模型提取中的关键技术,具体内容如下:(1)深入分析研究了LIDAR系统组成、工作原理、数据特点和应用领域。(2)在地形重建方面主要概述了滤波的基本概念和原理,讨论分析了各种滤波算法和插值算法,结合本文数据特点和应用选择了移动曲面拟合算法进行了滤波,在分析了各种插值算法的基础上,采用了不规则三角网创建地表模型。(3)在建筑物提取方面主要分析了当前主流的建筑物提取算法,提出了一种基于影像的粗提取方法,并在粗提取的基础上利用TERRA BUILD软件辅助进行了精细的建筑物模型提取。(4)编程实现了移动曲面拟合算法,并在阈值判断机制方面进行了改进。以上内容经过实验验证,算法简单有效,能够满足中小城市三维建模的需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 激光雷达技术的国内外研究现状
• 1.2.1 发展历程
• 1.2.2 技术现状
• 1.3 本文研究内容及全文的体系结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文组织
• 1.4 城市地表和建筑物模型提取的技术流程
• 2 机载激光雷达技术
• 2.1 激光雷达对地定位原理
• 2.1.1 IMU/DGPS 姿态测量原理
• 2.1.2 激光测距原理
• 2.2 激光雷达数据特点
• 2.2.1 激光数据特点
• 2.2.2 激光雷达的数据组织
• 2.3 机载激光雷达系统误差
• 2.3.1 激光测距误差
• 2.3.2 差分 GPS 定位误差
• 2.3.3 姿态测量误差
• 2.3.4 扫描角误差
• 2.3.5 时间同步误差
• 2.3.6 系统集成误差
• 2.4 本章小节
• 3 LIDAR 数据的预处理与地面模型提取
• 3.1 LIDAR 数据滤波的原理
• 3.2 现有的滤波方法及其评价
• 3.2.1 数学形态学的滤波算法
• 3.2.2 迭代线性最小二乘内插法
• 3.2.3 基于坡度因子的滤波算法
• 3.2.4 区域增长法
• 3.2.5 综合评价
• 3.3 移动曲面拟合滤波算法
• 3.4 滤波实验
• 3.4.1 实验数据
• 3.4.2 滤波实验结果
• 3.4.3 实验分析
• 3.4.4 综合评价
• 3.5 地表模型的创建
• 4 建筑物模型的提取与重建
• 4.1 三维模型提取的研究现状
• 4.2 基于影像的 LIDAR 数据三维建筑物提取
• 4.2.1 处理后的 LIDAR 点云数据与影像粗匹配
• 4.2.2 三维建筑物初步提取
• 4.2.3 三维建筑物的精确提取
• 4.3 模型提取实验
• 4.4 实验结论
• 5 结论
• 5.1 研究结论
• 5.2 下一步的工作内容
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文
• 致谢
• 参考文献