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无人机机载LiDAR航测技术道路测绘应用效果分析摘要：随着无人机空中航测设备的不断完善，无人机航测技术也将广泛应用于各行各业。
目前的无人机航测主要包括使用配备高清镜头的无人机从多个角度生成高清图像，使用高清点云投影算法生成实景3D模型，用实景3D模型标记地形，设计布局计划，并进行实景模型测量。
这种传统的无人机航测技术通过高清镜头进行数据采集,对于测绘精度的要求,测绘面积相对较小,植被率较低,在技术应用领域相对较好,但对于相对较高的植被覆盖率,测绘精度满足线性工程师的要求,传统航测很难达到项目的精度要求。
因此,研究激光雷达技术如何以更高的航测精度,以完成测绘任务成为研究的重点。
关键词:无人机;机载雷达;道路测绘LIDAR技术是近二十年来摄影测量与遥感领域具有革命性的成就，随着空间数据的使用越来越多，对准确可靠的空间数据的需求也在增加。
由于生产周期长，成本高，数据采集密度低，传统的摄影测量无法满足现代信息社会的要求，LIDAR是一种快速准确的地面3D数据技术。
一、LIDAR系统概述激光雷达(LIDAR)是LIGHR DETECTION AND RANGING的缩写,即激光探测与测量系统。
它使用单个激光脉冲来测量从激光源到目标和返回激光接收器的时间,同时结合飞机传感器的定位和方位数据来精确测量(目标)的三维坐标。
1.系统工作原理。
机载LIDAR是一个激光测距，测量传感器到位置的距离，而高精度星座观测系统(IMU)测量主扫描轴的正空间参数。
全球定位系统(GPS)是一种高分辨率的数码相机，它捕获与地面相对应的彩色数字图像，以确定扫描中心的空间位置，从而产生正射影像。
2.测量原理。
包括单束窄带激光器和接收系统，它产生光脉冲，向物体发送，最终反射接收器接收的物体。
光接收器精确测量光脉冲和反射之间的时间。
由于光脉冲以光速传播，因此接收器始终接收先前反射的脉冲，直到下一次脉冲调整发生。
由于光速是已知的，因此运动时间可以转换为距离测量。
一种基于机载LiDAR数据的山区道路提取方法
刘国栋;刘佳;刘浪
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2022(46)4
【摘要】为了解决基于机载激光雷达(LiDAR)点云提取道路时多重特征阈值设定难、普适性低的问题,采用了随机森林分类模型提取道路点云进而获得道路中心线的方法。
首先使用渐进加密三角网滤波获取地面点云,根据山区道路特性,计算地面点云
各点在邻域范围的坡度、粗糙度、高差方差、点密度及反射强度,组成点的分类特征;随后手动采集正负样本训练点云随机森林分类模型,将地面点云通过模型分类得
到初始道路点云;再通过基于密度的噪声应用空间聚类算法去除噪声点精化道路点云;最后矢量化道路点云获取道路中心线。
结果表明,以Entiat River地区山区LiDAR点云数据进行实验验证,道路点云提取的正确率达到95.29%,完整率达到92.96%,提取质量达到88.88%。
该方法能解决多重阈值难以确定的问题,能较高精度地提取到山区道路点云,进而获取有效道路中心线,对山区道路信息的研究有一定
的参考价值。
【总页数】8页(P466-473)
【作者】刘国栋;刘佳;刘浪
【作者单位】重庆交通大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN958.98;P237
【相关文献】
1.一种基于机载LiDAR点云的林间道路提取方法
2.基于机载LiDAR点云数据的城区道路提取
3.基于机载LiDAR点云数据的城区道路提取
4.一种基于极大曲率的机载LiDAR数据\r地形特征提取方法
5.一种高斯混合模型组合分类的机载LiDAR城区道路提取方法
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无人机机载激光雷达系统航带拼接方法研究刘向伟摘要：为了减少机载激光雷达（激光雷达）系统的系统误差和随机误差引起的三维（3d）之间的空间地带偏差，提高数据精度，选择基于数据驱动的“六参数”地带的调整方法，实现无人机机载激光雷达系统的拼接。
本文针对大面积更多地带INSAR（干涉合成孔径雷达）图像定位和拼接问题缺乏地面控制点，并提出了一个联合定位条INSAR成像方法。
该方法在摄影测量光束调整思想的方法，并使用INSAR干扰图像上每个点高程值的选择。
分析了控制点的数量，位置，重叠区域，地形起伏的影响调整精度，并给出控制点布的原则。
关键词：激光光学；激光雷达；航带平差1前言机载激光雷达系统集激光测距技术、计算机技术和高精度的惯性导航和高精度动态定位技术，可以直接与高密度，高精度三维（3d）空间点云，更智能和自动数据采集和处理，已在测绘领域的广泛关注。
但由于激光雷达系统是由全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）和扫描仪，和复杂的多传感器集成系统的其他部分，其精度是影响常见系统内的部分。
2平差模型及平差方法2.1数学模型“距离－多普勒”方程组是严密的构像模型，它符合INSAR成像机理。
因此，本文研究内容都是基于该模型而展开的。
“距离－多普勒”方程组为：式中，（XS0，YS0，ZS0）是飞机的起始位置；（VX，VY，VZ）是飞机的速度；（ax，aY，az）是飞机的加速度；DS0为近距点斜距；mｘ为距离向分辨率；fd为多普勒中心频率；Prf是脉冲重复频率。
DSO、mx、fd、prf为已知参数。
经运动补偿后，飞机的航迹是作匀速直线运动的，因此，式（3）中可以省略二次项，则待求定位参数为XS0，YS0，ZS0，VX，VY，VZ。
1.2平差方法光束法是精度最高的区域网平差方法。
本文借鉴光束法的思想，利用距离多普勒方程建立飞机位置、像点坐标、地面点坐标之间的关系。
使用泰勒公式对式（1）、式（2）线性化得到误差方程：式中，X＝（ΔXＳ０，ΔYＳ０，ΔZＳ０，ΔVＸ，ΔVＹ，ΔVＺ）T是各景影像定位参数修正值；T＝（ΔXＧ，ΔYＧ，ΔZＧ）T是各连接点地面坐标修正值；AG是与控制点有关的系数矩阵；AＴ、BＴ是与连接点有关的系数矩阵；ＬＧ是与控制点有关的常数项；ＬＴ是与连接点有关的常数项。
基于二维正态分布的无人机激光雷达点云匹配研究
任娜;张玉;王洪江;张楠
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】无人机激光雷达点云特征多,一次匹配花时间长,难以进行二次匹配,因此研究基于二维正态分布的无人机激光雷达点云匹配方法。
采集无人机激光雷达点云图像,通过旋转平移方法、双边滤波方法对图像预处理,利用二维正态分布算法和动态时间规整算法完成点云特征提取,使用初始变换矩阵估计算法对点云进行粗匹配,再使用近点迭代算法进行点云快速精匹配,通过两次匹配实现无人机激光雷达点云快速匹配。
实验结果表明,所提方法的无人机激光雷达点云图像去噪效果好,点云匹配时间短,匹配偏差仅在0.04 m-0.15 m之间,匹配精度达到了相关预期。
【总页数】6页(P265-270)
【作者】任娜;张玉;王洪江;张楠
【作者单位】沈阳工程学院信息学院;东北林业大学信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.5
【相关文献】
1.无人机密集匹配点云与机载激光雷达点云的差异分析
2.基于无人机激光雷达点云数据的单木分割研究
3.基于树木相对位置关系的多时相机载激光雷达人工林点云匹配
4.基于无人机载激光雷达点云数据的人工侧柏林单木分割研究
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基于无人机激光雷达的冠层高度产品验证
刘兵兵;魏建新
【期刊名称】《南方农机》
【年(卷),期】2022(53)14
【摘要】激光雷达是一种新兴的遥感技术,利用其可以获取高精度的森林冠层高度。
本研究概述了现有的各种测量森林冠层高度的技术手段,然后利用塞罕坝机械林场
的无人机激光雷达数据,对30 m空间分辨率的全球森林冠层高度产品(简称GFCH)进行了验证。
结果表明,该产品与激光雷达获取的冠层高度相关性较弱
(R^(2)=0.24),且该产品精度偏低(RMSE=5.58 m),这主要与反演该产品时输入模型的数据质量有关。
【总页数】5页(P136-140)
【作者】刘兵兵;魏建新
【作者单位】新疆大学地理科学学院;新疆激光雷达应用工程技术研究中心;新疆维
吾尔自治区自然资源信息中心(新疆维吾尔自治区自然资源档案馆)
【正文语种】中文
【中图分类】S758.5;S712
【相关文献】
1.基于地面激光雷达的田间花生冠层高度测量系统研制
2.基于无人机机载激光雷达的海岛建筑物高度测算技术
3.基于无人机激光雷达与多光谱数据的不同放牧强度
下草原冠层尺度特征研究4.基于机载激光雷达冠层高度模型的小班区划5.基于激光雷达的大别山毛竹冠层高度反演研究
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轻小型机载激光雷达点云处理关键技术
黄江雄;曹骞;胡向;陈小军
【期刊名称】《测绘通报》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】针对轻小型机载激光雷达点云数据的高程精度难以满足1∶500大比例尺地形图生产要求的问题,本文采用一种新的层次结构多模型组合滤波方法,进行分类提取地面点。
系统性地介绍了机载激光雷达的测量原理、点云数据采集和处理方法,并根据轻小型激光雷达点云数据厚度大、植被密集区域地面点稀少等特征,重点研究了地面点分类提取方法,将多个滤波模型重新组合,能够有效提高分类后地面点的高程精度。
对地面点进行重采样后提取高程点用于绘制地形图等高线,该方法兼顾了等高线的精度和美观度。
【总页数】6页(P115-120)
【作者】黄江雄;曹骞;胡向;陈小军
【作者单位】长沙市规划勘测设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P237
【相关文献】
1.基于机载激光雷达的滩涂测绘关键技术研究
2.基于机载激光雷达技术的DEM更新关键技术研究
3.基于机载激光雷达的地质灾害识别关键技术及应用研究
4.轻小
型无人机载激光雷达测量系统检校方法5.轻小型机载激光雷达在风电场测图中的应用
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不同激光扫描数据组拼接的一种新方法
刘念;闫春斌;马文涛;李宏建;陈召军
【期刊名称】《测绘科学》
【年(卷),期】2008(33)4
【摘要】激光扫描测量技术在三维城市建模领域的应用具有良好的发展前景。
但是,不同精度的扫描数据组的拼接是目前需要解决的主要问题之一,本文对不同精度的数据组的拼接进行了实验性研究,并提出了一种新方法。
【总页数】2页(P61-62)
【关键词】激光扫描;机载LIDAR;拼接;矫正
【作者】刘念;闫春斌;马文涛;李宏建;陈召军
【作者单位】长安大学;国家测绘局第一地形测量队
【正文语种】中文
【中图分类】P207;P25
【相关文献】
1.手持式激光扫描仪激光点云数据拼接方法 [J], 郭晶晶;贺赛先
2.三维激光扫描点云数据的拼接方法与精度研究 [J], 吴宗俊;蔡文兰;万程辉
3.三维激光扫描多视点云拼接新方法 [J], 蔡润彬;潘国荣
4.手持式三维激光扫描仪数据拼接技术与实践 [J], 倪春杰;胡彦萍
5.地面三维激光扫描数据拼接方法评估 [J], 程宇航;林宇龙;白征东;辛浩浩
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一种自适应切换配准模型的无人机图像快速拼接方法
万岳
【期刊名称】《计算机与数字工程》
【年(卷),期】2016(044)012
【摘要】结合无人机多带图像特点,研究了图像拼接的特征检测、特征匹配、图像配准和图像融合等关键技术,提出一种依据图像质量切换配准模型的无人机侦察图像快速拼接的技术方案.比较了不同特征点检测和匹配方法、不同配准模型以及不同图像融合方法对图像拼接实时性的影响,实验表明该文提出的图像拼接技术方案实时性较好、拼接质量高.
【总页数】4页(P2484-2487)
【作者】万岳
【作者单位】南京船舶雷达研究所南京211100
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.一种新的无人机航拍序列图像快速拼接方法 [J], 李岩山;裴继红;谢维信;李良群
2.一种面向图像拼接的快速配准算法 [J], 施冬雪;闫小喜;尹亚东
3.一种快速的基于SIFT算法的无人机航拍序列图像自动拼接方法 [J], 李岩山;谢维信;裴继红
4.一种快速配准和亮度调整的图像拼接算法 [J], 任智姣;石泓
5.一种改进KNN的无人机图像快速拼接方法 [J], 罗凯;徐俊武;杨敏
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一种决策级数据融合机载LiDAR点云的车辆提取方法
刘正坤;蔡文婷;李卫军
【期刊名称】《地理空间信息》
【年(卷),期】2022(20)9
【摘要】针对机载激光雷达点云常见的车辆目标提取缺少互补信息交叉验证的问题,提出了一种融合地物聚类与遮挡区搜索的机载激光雷达点云车辆提取方法。
首先利用渐进形态学滤波实现了地面点与地物点的识别;然后采用密度聚类算法对地物点进行聚类,利用连通区分析搜索地面遮挡区,实现目标分割;再对两类待分类目标分别进行特征提取和支持向量机分类;最后在两类识别结果的基础上进行决策级数据融合,以识别车辆。
3个典型区域的提取实验表明,融合提取方法受目标表面点集分布和数量的影响较小,能适应复杂城区环境中的车辆提取,具有较高的精度和完整度。
【总页数】5页(P128-132)
【作者】刘正坤;蔡文婷;李卫军
【作者单位】广州中科智云科技有限公司;南方电网数字电网研究院有限公司;中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P237
【相关文献】
1.一种机载LiDAR数据的建筑物点云提取方法
2.一种基于机载LiDAR点云的林间道路提取方法
3.一种基于机载LiDAR点云电力线自动提取方法
4.一种机载LiDAR 点云电力线自动提取和重建方法
5.基于机载LiDAR点云数据的建筑物提取方法研究
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基于无人机高密度LiDAR点云的人工针叶林单木分割算法王鑫运;黄杨;邢艳秋;李德江;赵晓伟【期刊名称】《中南林业科技大学学报》【年(卷),期】2022(42)8【摘要】【目的】针对传统机载激光雷达(Light Detection And Ranging,LiDAR)所生成的冠层高度模型分辨率较低,不利于高郁闭度人工针叶林中冠幅较小的树种单木分割的问题,基于大疆禅思L1激光雷达高密度点云,提出了一种基于层次化泛洪的单木分割算法。
【方法】采用大疆禅思L1激光雷达设备,选择东北地区樟子松与兴安落叶松人工林作为实验样地。
首先对原始的高密度激光雷达点云依次进行拼接、去噪、高程归一化处理,针对两块样地生成分辨率分别为0.1、0.2、0.4 m的高、中、低3种分辨率的冠层高度模型。
对3种冠层高度模型分别进行先开后闭的形态学滤波处理,以降低冠层高度模型中单个树冠内部不同像素间高程差。
然后采用反距离插值算法对3种冠层高度模型中的空洞像素进行平滑处理,并采用图像增强算法提高3种冠层高度模型中树冠内部像素与树冠间像素的对比度,以降低形态学滤波对林隙的模糊处理影响。
最后利用局部最大值法分别在3种冠层高度模型中搜索树顶,基于搜索到的树顶位置,结合分层处理思想通过模拟泛洪算法实现单木分割,并基于一般树冠形态,对分割后树冠投影形状、面积进行约束,以优化分割后树冠形状。
【结果】针对人工针叶林林分,提出的单木分割算法结合高分辨率冠层高度模型在两种树种样地下最高分割精度达到90%以上。
其中,在冠幅较小的兴安落叶松样地中,基于高、中、低分辨率冠层高度模型的单木分割精度F值分别达到91.6%、85.9%、80.2%。
而冠幅较大的樟子松样地中,基于高、中、低分辨率冠层高度模型的单木分割精度F值分别为86.2%、84.1%、75.9%。
【结论】基于冠层高度模型的单木分割场景中,冠幅较大的树种对于一定范围内分辨率变化不敏感,高分辨率冠层高度模型可以提高人工针叶林单木分割精度,尤其是对于冠幅较小的树种分割精度提高较大。
无人机机载激光雷达系统航带拼接方法研究刘向伟
发表时间：2018-03-01T14:00:21.743Z 来源：《基层建设》2017年第33期作者：刘向伟付云龙冯元春
[导读] 摘要：为了减少机载激光雷达（激光雷达）系统的系统误差和随机误差引起的三维（3d）之间的空间地带偏差，提高数据精度，选择基于数据驱动的“六参数”地带的调整方法，实现无人机机载激光雷达系统的拼接。
天津市津典工程勘测有限公司天津 300222
摘要：为了减少机载激光雷达（激光雷达）系统的系统误差和随机误差引起的三维（3d）之间的空间地带偏差，提高数据精度，选择基于数据驱动的“六参数”地带的调整方法，实现无人机机载激光雷达系统的拼接。
本文针对大面积更多地带INSAR（干涉合成孔径雷达）图像定位和拼接问题缺乏地面控制点，并提出了一个联合定位条INSAR成像方法。
该方法在摄影测量光束调整思想的方法，并使用INSAR干扰图像上每个点高程值的选择。
分析了控制点的数量，位置，重叠区域，地形起伏的影响调整精度，并给出控制点布的原则。
关键词：激光光学；激光雷达；航带平差
1前言
机载激光雷达系统集激光测距技术、计算机技术和高精度的惯性导航和高精度动态定位技术，可以直接与高密度，高精度三维（3d）空间点云，更智能和自动数据采集和处理，已在测绘领域的广泛关注。
但由于激光雷达系统是由全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）和扫描仪，和复杂的多传感器集成系统的其他部分，其精度是影响常见系统内的部分。
2平差模型及平差方法
2.1数学模型
“距离－多普勒”方程组是严密的构像模型，它符合INSAR成像机理。
因此，本文研究内容都是基于该模型而展开的。
“距离－多普勒”方程组为：
式中，（XS0，YS0，ZS0）是飞机的起始位置；（VX，VY，VZ）是飞机的速度；（ax，aY，az）是飞机的加速度；DS0为近距点斜距；mｘ为距离向分辨率；fd为多普勒中心频率；Prf是脉冲重复频率。
DSO、mx、fd、prf为已知参数。
经运动补偿后，飞机的航迹是作匀速直线运动的，因此，式（3）中可以省略二次项，则待求定位参数为XS0，YS0，ZS0，VX，VY，VZ。
1.2平差方法
光束法是精度最高的区域网平差方法。
本文借鉴光束法的思想，利用距离多普勒方程建立飞机位置、像点坐标、地面点坐标之间的关系。
使用泰勒公式对式（1）、式（2）线性化得到误差方程：
式中，X＝（ΔXＳ０，ΔYＳ０，ΔZＳ０，ΔVＸ，ΔVＹ，ΔVＺ）T是各景影像定位参数修正值；T＝（ΔXＧ，ΔYＧ，ΔZＧ）T是各连接点地面坐标修正值；AG是与控制点有关的系数矩阵；AＴ、BＴ是与连接点有关的系数矩阵；ＬＧ是与控制点有关的常数项；ＬＴ是与连接点有关的常数项。
3平差精度影响因素分析
GCP数量，GCP的位置，带之间的重叠区域和地形因素将对调整精度有一定的影响，因此，分析多种因素的影响，飞机飞行路径设计和现场控制点测量具有指导意义。
使用模拟数据分析的各种因素。
实验使用3条，每条2景影像（图1）。
目前，角反射器的精度可以保证在0.05 m，精密连接的点匹配算法和地形有关，现在也可以实现在1个像素，DEM的精度可以保证在1 m。
3.1GCP数量的影响
在航带1和航带3上布设GCP，GCP总数从6个增加到36个，280多检查点。
经过多次实验，检查点平均误差如图1所示。
图1ＧＣＰ个数对平差精度的影响
从图1分析可知，航带2的误差略大于航带1与航带3的误差，这主要是因为航带2上没有，因此，精度低于其他两条航带。
三条带状误差随GCP的数量的增加，和GCP改变一定的精度趋于稳定。
在这个实验中，当GCP增加到12个，基本没有变化的准确性。
因此，许多条调整，横向放置少量的GCP图像，可以达到更好的精度。
但把特定的GCP本身的质量和准确性，数量的地带，地形和其他因素。
一般来说，较低的GCP带数字的准确性，更复杂的地形，GCP的布。
3.2重叠区域范围的影响
分析图像重叠精确度的影响，飞机的飞行路径设计有指导意义。
本实验采用两侧驻扎，实验以下两个条件：
（1）控制点，点，高程没有错误；控制点加入的方差（2）为0.5米高斯白噪声；连接点加入方差为0.5像素的高斯白噪声；海拔在高斯白噪声方差1米，平均误差在统计检查站，如图3所示。
从图3可以看出，控制点，点没有错误，增加了重叠区域，轻轻调整精度变化，保持在0.米左右；控制点，连接错误，重叠面积的增加，精度也逐步完善。
因此，飞行路径设计、控制点时，连接点精度，不需要建立一个更大程度的重叠，从而减少飞行次数。
但是当控制点、连接点有误差时，可以通过增加重叠区域的范围来改善精度，但这也意味着要增加飞行次数。
目前，在实际飞行中，调整精度和人力和物质资源的角度来看，在40~60%重叠设置更多的理想。
图2重叠度对平差精度的影响
3.3地形起伏的影响
高程波动会导致内部失真图像，海拔迭代和方位空变补偿可以用来消除大部分的内部失真，然后调整。
有很大起伏误差的主要原因是：当地的表面海拔未知，运动补偿的基础上，参考平面的高度，在起伏较大的区域会引起运动补偿残差Δｙ，且Δｙ＝ｆ（ｈ，ΔX （t）），它与地面目标点高度ｈ及实际运动轨迹与补偿轨迹之间的残差ΔX（t）有关，ΔX（t）是随机误差。
该点的高度越高，则这种随机
误差就被放大得越大，最终导致地形起伏较大的地区平差精度较低。
在调整之前，因此，应该首先使用高度迭代和方位空变补偿消除大部分的内部失真，然后通过梁的调整来消除系统误差的方法。
4结语
（1）ＧＣＰ数目增加到一定程度后，平差精度改善趋于平缓。
（2）对数目较少的航带进行区域网平差，采用两边布点方式能达到较好效果。
对于多条航带，最优是两边加中间的布点方式（3）GCP精度不高，增加了重叠区域，它可以提高精度调整。
（4）区域网平差不能直接删除内部变形由地形起伏引起的。
迭代和轴承标高后空变内部变形补偿方法，然后对区域网络调节精度和平滑的调节精度。
参考文献：
[1]庞蕾．机载合成孔径雷达空中三角测量方法的研究［D］．青岛：山东科技大学，2006.
[2]张薇．机载双天线干涉SAR定标方法研究［D］．北京：中国科学院电子学研究所，2009.。
