基于机载LiDAR的地形提取与分析系统设计与实现

论文摘要

地形因素是影响流域地貌、水文、矿产勘查与评价等过程的重要因子,地形属性的空间分布特征是人们用于描述这些空间过程变化的重要指标。目前许多GIS软件提供了基于DEM的地形提取与分析的功能。常用的地形分析软件有ARCGIS的水文分析扩展模块,MAPGIS的水文表面流域分析模块,RIVERTOOLS等。机载激光雷达(Light Detection and Ranging,简称LiDAR)集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身,无需大量地面控制点,即可生成高分辨率、高精度的数字高程模型(DEM)。这种技术的出现为大尺度、高精度的地形分析提供了新的数据源,同时也对传统地形分析算法提出了新的挑战。基于上述讨论,本文深入研究LiDAR数据处理流程,设计并实现基于机载LiDAR的地形提取与分析原型系统,本文所作的主要工作如下：(1)研究并实现基于高分辨率DEM的基本地形因子提取算法。在水文信息的提取中,针对LiDAR点云生产的DEM数据量大并且洼地形态复杂的问题,提出了“多特征”搜索方法,结合矢量与栅格特征进行洼地分类,提高了复合洼地搜索的效率和平原水流方向判断的精度。(2)在国产LiDAR数据处理软件"ALDPro"的基础上以插件模式开发“基于机载LiDAR的地形提取与分析”原型系统,实现利用LiDAR点云生成DEM和基于DEM进行地形提取两大功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 选题背景与意义
• 1.2 国内外研究综述
• 1.3 研究内容与组织结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 组织结构
• 2 机载LiDAR与高精度DEM
• 2.1 LIDAR技术简介
• 2.1.1 LiDAR技术的发展
• 2.1.2 LiDAR系统工作原理
• 2.1.3 LiDAR数据特点
• 2.1.4 利用LiDAR数据生产DEM
• 2.2 数字高程模型（DEM）简介
• 2.2.1 DEM的基本概念
• 2.2.2 DEM数据特点
• 2.2.3 DEM数据结构以及对地形提取的影响
• 3 基于高分辨率DEM/TIN的地形分析
• 3.1 基于DEM的水系提取
• 3.1.1 无洼地DEM生成
• 3.1.2 水流方向矩阵计算
• 3.1.3 水流累积矩阵计算
• 3.1.4 水系提取
• 3.2 "多特征"搜索算法
• 3.2.1 洼地检测、分类、合并
• 3.2.2 平原水流方向的确定
• 3.3 基本地形因子提取
• 3.3.1 等高线提取
• 3.3.2 坡度和坡向提取
• 3.3.3 表面积和投影面积计算
• 3.3.4 体积计算
• 3.3.5 剖面（横断面）面积计算
• 4 系统设计与运行
• 4.1 需求分析与系统软硬件环境
• 4.1.1 需求概述
• 4.1.2 运行环境
• 4.2 系统设计
• 4.2.1 系统架构设计
• 4.2.2 系统界面设计
• 4.3 功能实现
• 4.3.1 实验数据介绍
• 4.3.2 基本地形因子计算
• 4.3.3 水文信息提取
• 4.3.4 提取效果评价
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录