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  轴为主轴的情况下另一端点 激光与地面的交点的地理坐标 PX 机载激光雷达对地定位原理图 XX 其中Xfx 第二章机载激光雷达系统 方向余弦由观测平台法线的俯仰角 组成的矢量矩阵算出观测平台法线的 由姿态测量装置给出矢量的 由激光测距仪给出。上述中 那么任意待测定点 25维坐标X 即可求出 机载LID

  轴为主轴的情况下另一端点 激光与地面的交点的地理坐标 PX 机载激光雷达对地定位原理图 XX 其中Xfx 第二章机载激光雷达系统 方向余弦由观测平台法线的俯仰角 组成的矢量矩阵算出观测平台法线的 由姿态测量装置给出矢量的 由激光测距仪给出。上述中 那么任意待测定点 25维坐标X 即可求出 机载LIDAR 与摄影测量 的比较 机载 LIDAR 技术作为 最近几十年发展起来的高新技术 和传统的摄影测量技术存 26 在许多的共同点 机载激光雷达数据经过格网内插后也能形成数字图像用于各种图像的处理和 分析。 传感器的集成 和图像的处理 与分析是它们共同研究的两大主题。然而 LIDAR 具有其独特的优势和发展前景表现在 不受环境影响机载 LIDAR 属于主动 式遥感 不受日照、天气条件等环境的的限制 能够全天候 地对地进行观测 这些特点使得其在灾害监测、 资源勘查、 环境监测、 地形测绘、 森林 调查等方面的应用具有独特的优势。 生产数字产品速度快 由于可以快速的 直接获取高密度的 三维数据 然后通过数据的分类和滤波技术 可以把地物和地面分离开 比传统的摄影测量方法生成 DTM DSM 的速度快。 获取地形数据的 质量相对较高 由于发射的激光脉冲不易受阴影和太阳角度的影响 并且扫描数据的精度 高程精度可达到10 厘米 密度大 可达到 1point 使得获取的地形数据质量相对较高并且还能保证关键地形点的采集 得到明显的特征 点和特征线。 成本较低相对 于传统的摄影测量技术 机载激光雷达系统能够不受多重外界条件的影响获取 高密度的三维数据 大大地 解放了生产力 这也就降低了生产成本。 另外 由于其还处 于开发运用阶段 价格也定 得相对较低。 长安大学硕士学位论文机载 LIDAR 测量和摄 影测量的综合比较见下表 机载LIDAR 测量和 摄影测量比较 摄影测 被动式测量 主动式 测量 透视几 极坐标几何 定位 原理 采样覆 不成像或质量很差的单色影像。能识别比激光获取高 质量 多光谱数据 斑点小 比较成熟 新技术 具有很大发 类型很多 多光谱 线阵CCD 可供选 要求较苛刻 在相同 行带宽较宽 覆盖 容易形成 理论上能全天候采集数据实际上背景反射越 受天气 影响 要较多的人 GPSINS 可选 GPS INS 数据采 GPSINS GPSINS 数据采 机载LIDAR 的应用领域 LIDAR 系统能够 快速 、精确地 得到地物的三维坐标数据 使得它的应用范围非常 广泛。 在对地观测领域 其最初目的是对数据进行一定的处理 获得剔除植被、 人工建 筑等以后的数字地面模型。现在由于 能够快速的获取地面三维数据且 不受天气、光照、 时间等条件的影响使 应用面已经越来越广已经扩大到基础测绘、 林业管理、 管线检 测和选线、岛礁测绘、困难地区测绘等领域。一般来说 LIDAR 统主要应用在以下几个方面 生产DTM 、DSM DCM9第二章 机载激光雷达系统 LIDAR 系统能够高精 度、高速度地得到地物的三维坐标数据 最初主要用于大范 围生产数字表面模型DSM 、数字高程模型DTM 和数字城市模型DCM。 林业应用机载 LIDAR 系统 进行植被的调查研究是目前一大研究热点。植被的高度、密 度等信息的获取 使用常规方法是相当困难的。运用机载 LIDAR 系统 通过数据的后 处理和多次激光返回脉冲的滤波分类 可以获得植被高度、 植被密度、 植被直径等信息 还可以量测植被下方地面 林业信息调查的是一个重要手段。 机载LiDAR 多次回波信息 管线检测和选线利用机载 LIDAR 系统 能够检测到细小、狭长的地物 例如电力线、铁路等。1331com银河游戏通过 LIDAR 数据可以检测 后矢量化电力线 从而获得电力线的间距、弯曲度等信息 还可 为电力线路勘测提供实时的断面减少外业工作量 并确保工作人员的安全。 同样也可 以用于检测铁路及其周围的环境 获取安全范围 还可以用于铁路 、管线的选址等。 海岸地区的测绘海岸地区是一个特殊区域 传统航空摄影测量技术作业是非常困难的。 机载 LIDAR 利用主动传感技术 可以低成本的进行基础海岸线测量及动态监测。 城市三维建模近些年 数字地球”的提出使得城市三维建模被广泛应用。 应用传统的方法进行建 模费时、费力 工作量巨大 利用机载 LIDAR 能够快速获取高密度高精度的观测值 10 长安大学硕士学位论文 通过内插建成高程模型 结合遥感 影像建立三维城市模型。 由于省时省力 具有广阔的 应用前景。 另外 由于 LIDAR 据的快速测量使得其在处理紧急 突发事件的时候发挥无可 替代的作用。比如四川汶川大地震发生后 就利用 LIDAR 数据快速 获得了现场数据 而这是传统方法无法达到的。 11 第三章 DSM 深度影像的生成 三章DSM 深度 影像的 生成 机载LIDAR 数据的特点 和处理 LIDAR数据的特 LIDAR数据本质上是一种矢量数据 存储了采集对象表面的三维坐标 缺少 光谱、纹理信息。从下图中可以看到 LIDAR 数据包含 由于激光扫描仪所采用的扫描方式不一样 所以也就决定了点云数据具有不 同的分布密度 并且呈离散型分布。从下图中可以看到点分布不均匀 呈离散型。1331com银河游戏 激光束是直线传播的所以在城市高大建筑物的背面由于不能接受到激光 会出现空白 没有数据点 称为数据空洞。 图中圈红色圈圈的地方就是高大建筑物造成的数据空洞。 LIDAR数据的空 白地带 激光束照射到水面上大部分会被吸收 小部分也被镜面反射 接收器无法 27 接受到信号。因此在河流 等水域 地区没有 LIDAR 信息数据 LIDAR数据图 对应的遥感影像12 长安大学硕士学位论文 庞大的数据量使其对计算机的运行能力、算法等要求都会比较高。本 实验数据为1km 1km 100000 个数据点 能达到 1point 数据量比较大。 LIDAR数据的处 LIDAR数据处理包括 原始数据预处理和点云数据后处理两个阶段。原始数据预处 理阶段主要包括滤除雷达噪声 对记录的原始信号、 时间参数、 距离参数、GPS INS数据进行归化处理、 坐标变换 以得到地面目标的三维x 标数据。坐标的格 以根据用户的要求定义即可以得到不同的数据格式文件。 点云数据后处理就是对 得到的地面目标的三维点云坐标数据进行分离处理。 具体地说 由于激光雷达点云数据 分布在不同的目标上 后处理就是将落在地形表面上的点与那些非地形表面上的点进行 有效而准确的分离。 只有高精度及准确而可靠地分离不同信息后 才可能有效地将这些 数据用于不同的目的。 由于外界因素的影像 获取的扫描数据内可能包含不稳定的点和错误的点。 主要包 括一些源于空中物体的极高点和系统粗差的极低点 在导入数据的时候需要先将这些 28值点删除 针对本文实验数据 将数据 粘贴入 EXCEL 软件后排序 删除最大值和最 LIDAR数据空洞的填补 虽然 LIDAR 数据具有 高密度的优点 但是由于高大建筑物的影响 在扫描数据的 时候会出现正面数据点密集、背面数据局部空白的现象 为了解决 数据空洞这一问题 本文提出了填补的具体思路。 数据空洞的填补思路由于获取 LIDAR 数据 飞行器的姿态、飞行方向、扫描方向等的影响在一些 高大的建筑物边缘出现了两种情况 在飞行器能够面对的一面建筑物的边缘上 打上的散点会比较多 而且在地面距离很近的情况下高程会相差很大 上一个点属于地 下一个点就有可能在建筑物的顶面点还会有一些点打在了建筑物的中间。 理想情 在建筑物的边缘应该是有两组点一组是建筑物的地面边缘点 一组是建筑物的 顶面边缘点 这样才有利于建筑物的边缘检测。 在背面则出现相反的情况由于 发射激光是沿直线传播的 所以在发射的激光不是垂直朝下而有倾斜的时候 建筑物的 后面就会出现空白区域 本来应该扫在那里的点由于打在了建筑物上就返回了。 13 第三章 DSM 深度影像的生成针对上面所说的两种情况 本文提出基于利用 MATLAB 进行编程 实现 数据点加 分别获取离散点中

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