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基于地基lidar点云和LPF算法的盾构隧道病害检测研究

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国外电子测量技术 2022年第12期41卷 84-88页

作者：翟宏亮郑干梅东王何龙中煤科工集团南京设计研究院有限公司南京210031 南京林业大学土木工程学院南京210037

盾构隧道病害检测对地铁的安全运营具有重要意义。针对盾构隧道衬砌管片脱落、渗漏水等常见病害的检测问题,提出一种基于地基lidar点云和局部预拟合(local pre-fitting, LPF)能量驱动主动轮廓图像分割的隧道衬砌病害检测方法。首先采用... 详细信息

盾构隧道病害检测对地铁的安全运营具有重要意义。针对盾构隧道衬砌管片脱落、渗漏水等常见病害的检测问题,提出一种基于地基lidar点云和局部预拟合(local pre-fitting, LPF)能量驱动主动轮廓图像分割的隧道衬砌病害检测方法。首先采用圆柱投影方法将隧道衬砌表面三维lidar点云展开生成二维点云图,依据点云反射强度采用栅格化方法获取隧道衬砌表面点云灰度图像;然后基于LPF能量驱动图像分割方法对展开的衬砌表面灰度图像进行分割,检测、识别出病害。试验分析结果表明,上述方法能够有效地检测出盾构隧道衬砌病害,与其他检测方法相比其准确率、召回率较高,虚警率、面积误差较小,计算时间较少。

关键词：盾构隧道病害检测地基lidar 点云 LPF算法图像分割

地基lidar点云数据提取单木树高和胸径方法研究

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现代测绘 2019年第2期42卷 22-25页

作者：郭沈凡顾波奚冠凡陆晓勇南京市测绘勘察研究院股份有限公司江苏南京210000 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

林业资源是保持生态环境、维持生态平衡的重要资源,对单木参数信息的提取是林业资源调查的重要内容。利用地基三维激光点云提取单木参数具有效率高、速度快、节省人力物力等优点。在常用的Hough拟合圆柱法提取树高参数和Hough拟合圆法... 详细信息

林业资源是保持生态环境、维持生态平衡的重要资源,对单木参数信息的提取是林业资源调查的重要内容。利用地基三维激光点云提取单木参数具有效率高、速度快、节省人力物力等优点。在常用的Hough拟合圆柱法提取树高参数和Hough拟合圆法提取胸径参数的基础上,提出格网化拟合圆柱法和最小二乘拟合圆法分别提取单木树高参数和胸径参数,并以现场直接量测的树高和胸径参数为参考值进行对比。实验结果显示:与直接量测结果相比较,Hough变化拟合圆柱法和格网化拟合圆柱法得到的树高参数平均偏差分别为0.05m、0.003m,标准差分别为0.142m、0.002m,相关系数分别为0.87、0.99;Hough变化拟合圆法和最小二乘拟合圆法得到的胸径参数平均偏差分别为0.003 6m、0.002 5m,标准差分别为0.004m、0.003m,相关系数分别为0.60、0.91。结果表明,提出的格网化拟合圆柱法提取树高参数和最小二乘拟合圆法提取胸径参数能得到精度较高的单木参数信息。

关键词：地基lidar 点云树高胸径

地基lidar技术在活动断层三维场景建模中的关键技术与应用

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中山大学学报（自然科学版） 2021年第3期60卷 78-87页

作者：谭毅滢魏拾其宋健洪张冬丽郑文俊中山大学地球科学与工程学院/广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082

激光雷达扫描系统(Light detection and ranging,lidar)是一种快速、简便、高精度、高分辨率的三维测量技术。根据不同的搭载平台,lidar可以分为星载、机载和地基等几类。地基lidar是最常用于地学三维建模中一种高精度设备,具有空间分... 详细信息

激光雷达扫描系统(Light detection and ranging,lidar)是一种快速、简便、高精度、高分辨率的三维测量技术。根据不同的搭载平台,lidar可以分为星载、机载和地基等几类。地基lidar是最常用于地学三维建模中一种高精度设备,具有空间分辨率高和能够穿透植被直接获取地面信息的优势和特点,获取的数据能够为三维模型的建立提供更大量、准确、全面的数据支持,在高精度地形地貌数据获取和工程测量领域应用潜力较大。本文选取了活动断层断错地貌以及活动断层与工程交汇两种场景作为扫描对象,从两个不同的方面对地基lidar点云的处理方法和流程进行了梳理,并针对不同扫描对象进行三维模型的建立,更清晰精确地显示扫描区域场景,可为断层断错地貌的定量研究和工程抗断错设防提供清晰的三维场景信息。

关键词：地基lidar 点云处理 DEM 三维场景构建活动断层

基于地基lidar的林木参数估测的关键技术研究

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基于地基LiDAR的林木参数估测的关键技术研究

作者：李娜东华理工大学

学位级别：硕士

随着全球气候变暖趋势的加剧,人们普遍认识到解决气候问题的紧迫性。森林固碳已经成为世界各国减缓气候变化的主要途径之一。在研究森林生态系统与碳循环之间关系的过程中,森林资源的调查具有关键性意义,获取森林树木参数可以为制定全... 详细信息

随着全球气候变暖趋势的加剧,人们普遍认识到解决气候问题的紧迫性。森林固碳已经成为世界各国减缓气候变化的主要途径之一。在研究森林生态系统与碳循环之间关系的过程中,森林资源的调查具有关键性意义,获取森林树木参数可以为制定全球气候变化减缓政策提供理论支撑和依据。如何从复杂的森林结构中提取准确的林木参数成为当下研究的热点问题。地基激光雷达可以采集到详细的森林内部信息,在提取林木内部参数方面具有显著优势。因此,本文采用地面激光雷达点云数据进行林木参数的提取。在参数提取过程中主要包含三个重要步骤:点云滤波、单木分割及林木参数估测。本文论文的研究工作主要包括以下三个部分:1提出一种基于地基lidar点云的多尺度滤波方法。点云滤波是从点云数据中提取地面点的过程。在复杂的森林场景下,现有的滤波算法普遍存滤波阈值难以确认,地形细节无法保留,滤波精度的不稳定的问题。为解决此类问题,本文滤波方法在多尺度窗口下,采用最小二乘曲面拟合法对地面种子点进行曲面拟合,渐进构建数字地面模型,结合形态学开运算逐步获取准确地面点云数据。本文选取三组不复杂度下的森林数据进行实验,可得出三组样本数据的平均总误差为1.07%,表明该方法适用于森林场景下地基lidar点云数据的滤波,可获得较好的滤波效果。2提出一种基于连通性标记优化的单木分割方法。单木分割是从点云数据中提取单棵树木,是后续林木参数估测的重要基础。目前,现有的单木分割算法存在提取不准确和提取速度慢的问题。为减少单木提取的误差,本文提出利用小窗口下局部最大值的连通性确定标记点,并采用分水岭算法实现单木的初次提取。最后,利用树木的密度等高线特性对欠分割的树木进行二次提取,得到最终的单木分割结果。实验结果表明,在三组不同复杂度的样本区域上,本文单木分割方法与传统的基于标记的分水岭算法和Meanshift算法相比,提取的精度都更为准确。3对林木参数的估测方法进行研究。森林树木参数是林业调查的重要测量内容,是评估森林生长情况的重要指标。本文对树木的高度、胸径、位置以及冠幅四种参数进行估测,为深入研究林木参数估测方法提供参考。本文利用单木点云数据的顶点和最低点计算树高。通过最小二乘圆拟合法和霍夫变换法提取胸径,并将拟合树木的胸径圆的中心点视为树的位置。对于树木冠幅的估测方法,本文使用传统估测方法和凸包法对树木冠幅进行求取。最后,在三组实验数据中各任选取10棵树木的参数估测结果进行展示。

关键词：地基lidar 点云滤波单木分割林木参数提取

联合地基lidar与无人机lidar的白桦蓄积量反演研究

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联合地基LiDAR与无人机LiDAR的白桦蓄积量反演研究

作者：苟丙荣兰州交通大学

学位级别：硕士

森林蓄积量是描述森林生态系统功能和生产力的重要物理指标,是指定森林经营计划与森林采伐的基本依据,也是评价森林固碳能力的重要参数。如何快速准确地获取森林蓄积量,成为近年来森林资源质量动态监测和林业可持续发展的关键。森林蓄... 详细信息

森林蓄积量是描述森林生态系统功能和生产力的重要物理指标,是指定森林经营计划与森林采伐的基本依据,也是评价森林固碳能力的重要参数。如何快速准确地获取森林蓄积量,成为近年来森林资源质量动态监测和林业可持续发展的关键。森林蓄积量的基本单元是每颗活立木的材积,但传统的活立木材积测量方法耗时耗力且模型精度不高,在数字化林业新形势下难以满足现在的需求。目前,不同平台及不同光斑大小的激光雷达数据都已被广泛应用于生态系统功能性参数（冠盖度、郁闭度、叶面积指数和蓄积量）的反演,不同类型的激光雷达数据在反演生态系统功能性参数时有着不同优势以及不同的反演方法,如何实现不同平台的激光雷达数据的有机融合是更加准确提取生态系统功能性参数的重要基础。本文以河北省承德市塞罕坝森林公园内的人工白桦林和张家口市老虎沟村的天然白桦林作为研究对象,联合地基lidar和无人机lidar数据完成了白桦样地森林蓄积量的反演研究。具体研究内容如下:（1）地基lidar和机载lidar是扫描方式和数据特点上存在互补特性的点云获取途径,多源点云配准也是森林点云研究的重点之一。由于林地点云数据量太大且复杂程度高,没有规则明显的特征点,很难提取到有效的对应关系和特征描述子进行常规配准。因此,本文提出了一种利用林地地面点特征进行数据配准的方法。首先根据渐进式加密三角网滤波算法来提取林地地面点,同时基于FPFH和SAC-IA算法进行初始配准,使得地基与机载点云地面点统一到同一坐标系下;然后利用初始配准参数,优化ICP匹配算法,避免陷入局部最优解的情况;最后通过获得的最优刚体变换矩阵实现点云数据精细配准。为定量评价本文配准结果精度,本文在白桦样区开展了点云融合及胸径、树高、冠幅等典型参数提取,并与地面实测数据进行了对比分析。结果表明,本文方法配准后的点云数据提供了更加完整的林区冠层三维结构,为后续森林结构参数反演奠定了数据基础。（2）由于林地点云数据量太大且复杂程度比较高,在单木分割时容易造成计算量过大且分割效果不理想的情况。本文中首先利用CHM来获取研究区单木的种子点;然后以种子点为中心、最大冠幅为半径,利用八叉树半径近邻搜素进行空间划分;最后在空间划分体素内利用区域增长法进行单木分割。利用八叉树半径近邻搜索后进行单木分割的方法,不仅减少了算法运行时的数据量,提高了分割效率;同时规避了许多分割错误率较高的点,减少了过度分割的情况,提高了分割精度。并在单木的基础上获取了单木典型结构参数（树高、胸径和冠幅等）。（3）本文利用两个白桦样区中提取到的单木参数因子分别构建一元立木材积模型、二元立木材积模型和多特征因子材积回归模型,并通过选取的干曲线方程（削度方程）建立了削度-材积一致性方程模型。为了保证白桦蓄积量反演模型的可靠性和科学性,分别对四种立木材积模型估测精度的作出了定性和定量的评价分析,找出最优解的白桦立木材积计算模型,从而构建可靠性更强的白桦蓄积量反演模型。结果表明,削度-材积一致性方程的蓄积量反演模型估测精度最高,在两个样区中蓄积量的估测精度分别为99.49%、98.56%,在本文研究中取得了很好的反演效果。

关键词：地基lidar 机载lidar 点云配准单木分割蓄积量

基于地基lidar的毛乌素沙地灌木高度提取

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基于地基LiDAR的毛乌素沙地灌木高度提取

基于地基与机载lidar数据的阔叶林LAD反演

遥感定量反演算法研讨会

作者：陈伟曹春香张颢徐敏何祺胜高孟绪赵坚郑盛田蓉中国科学院遥感应用研究所遥感科学国家重点实验室中国科学院研究生院

灌木作为陆地植被的一个重要组成部分,对于全球碳循环起着重要作用。灌木冠层结构影响太阳光的透过,从而影响植被的主要生理过程。因此,灌木结构参数的定量化对于估算地上生物量、了解碳循环具有重要意义。地基lidar可以获取高精度的植... 详细信息

灌木作为陆地植被的一个重要组成部分,对于全球碳循环起着重要作用。灌木冠层结构影响太阳光的透过,从而影响植被的主要生理过程。因此,灌木结构参数的定量化对于估算地上生物量、了解碳循环具有重要意义。地基lidar可以获取高精度的植被垂直结构信息,从而为植被结构参数尤其是高度信息的提取提供重要参考。本文以毛乌素沙地的沙柳等8个样地的灌木为研究对象,基于RieglLMS-Z360i地基lidar系统获取的数据,通过如下的算法实现灌木高度信息的提取。由于本研究中的灌木高度较低,因此仅通过lidar水平姿态扫描方式,在每一站点用地基激光雷达获取点云数据的同时,还分别用电子坡度计、罗盘和卷尺测量了扫描仪的坡度信息、方位信息和高度信息。由于沙柳具有类似乔木的树干,因此在对地基lidar数据进行一定预处理后,根据点云数据的方位角信息在地基lidar扫描范围的外围边缘寻找缺失角度,然后提取这些缺失角度范围内的激光雷达点云,这些点包含了树干点云,在每个缺失角范围内,从激光扫描仪位置到激光扫描数据边缘的水平距离内寻找点云密度最大的距离,在这个距离处提取点云即为树干点云。在通过该算法提取出树干点云后,根据圆拟合求出树胸径和位置后,我们以树的位置点为圆点,半径为0.5m的圆的大小在三次水平扫描的激光点云数据中寻找树的最高点和最低点,从而得到树高。我们通过实测的树高对提取的树高进行了验证,结果表明效果较好。

关键词：地基lidar 灌木高度

来源： cnki会议评论

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基于地基与机载LiDAR数据的阔叶林LAD反演

作者：戴雷宇电子科技大学

学位级别：硕士

森林冠层叶面积的垂直分布状况对森林的辐射平衡以及与大气的质能交换有重要影响,是由叶片至整个生态系统自底向上作用过程中的关键因素。叶面积密度(Leaf Area Density,LAD)是表示叶面积垂直分布的重要参数,准确反演植被的LAD曲线对整... 详细信息

森林冠层叶面积的垂直分布状况对森林的辐射平衡以及与大气的质能交换有重要影响,是由叶片至整个生态系统自底向上作用过程中的关键因素。叶面积密度(Leaf Area Density,LAD)是表示叶面积垂直分布的重要参数,准确反演植被的LAD曲线对整个生态系统的研究具有重要意义。激光雷达技术近年来发展十分迅速,具有全天时、全天候、主动非接触式对目标进行真三维测量的优势,被广泛应用于森林参数的定量测量和反演中。为了准确反演LAD,本文建立了基于地基lidar数据的叶片点云提取新算法,利用体元化的冠层分析法反演了基于地基与机载lidar数据的单木与阔叶林冠层LAD;并通过对比分析,提出了LAD曲线重构的方法,消除扫描盲区对叶面+积密度反演的影响。主要工作及结论如下:(1)叶片提取算法研究:基于叶片点云和非光合组分点云在法向量上的差异提出了邻域内点云法向量差分法,并对本文实验获取的两棵木兰树地基lidar点云进行了叶片点云提取,通过采样分析和目视检查对分割结果进行验证,两棵木兰树的叶片提取率分别为86.53%和84.63%。(2)单木与阔叶林LAD反演:基于单木木兰地基lidar数据对基于体元的冠层分析法(Voxel-based Canopy Profiling,VCP)LAD反演模型进行了研究和验证,探讨了最佳体元大小的选择。结果表明,体元大小设置为输入模型点云的平均点间距时,LAD反演结果最准确,其叶面积分布曲线和冠层垂直结构高度一致,且利用实测LAI验证精度可达90%以上。其次,通过地形校正和数据分块处理,将基于VCP的LAD反演模型成功应用于区域白桦林样方的冠层LAD反演。(3)地基与机载lidar数据协同反演LAD:首先利用样方角点GPS坐标结合多站点点云拼接原理和ICP算法完成白桦林样方地基与机载lidar数据进行配准。实验结果表明经过配准处理后,地基数据与机载lidar数据轮廓基本重叠,两个点集之间的平均点距小于0.2m,小于机载lidar数据0.5m的分辨率。其次分别以0.05 m×0.05 m×0.05 m和0.5 m×0.5 m×0.5 m的体元大小反演了白桦林样方地基lidar数据和机载lidar数据的LAD曲线。通过对比分析,确定了各个样方地基lidar与机载lidar扫描盲区的发生高度,并在此基础上对LAD曲线进行重构,得到样方的最终LAD曲线,消除了扫描盲区对LAD反演的影响。

关键词：地基lidar 机载lidar 叶面积密度 VCP 阔叶林冠层扫描盲区

融合无人机和地基激光雷达点云数据估测单木结构参数

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森林工程 2024年第1期40卷 142-151页

作者：丁志文邢艳秋尹伯卿郭振东北林业大学机电工程学院哈尔滨150040

激光雷达(Light detection and ranging,lidar)作为一种主动遥感技术,能够通过发射激光能量并接收返回信息的方式获取森林空间结构信息,然而,单独使用时存在扫描盲区,无法获取完整的森林树木三维点云。为此,提出融合无人机和地基lidar... 详细信息

激光雷达(Light detection and ranging,lidar)作为一种主动遥感技术,能够通过发射激光能量并接收返回信息的方式获取森林空间结构信息,然而,单独使用时存在扫描盲区,无法获取完整的森林树木三维点云。为此,提出融合无人机和地基lidar点云估测单木结构参数的方法,采用地面特征和树木位置关系的配准方法实现点云融合,并在融合点云数据的基础上提出一种改进的K均值层次聚类分割算法完成单木分割,然后根据基于分割后的单木点云使用轴对齐包围盒算法以及最小二乘拟合圆法分别提取单木树高和胸径,最后通过生物量异速生长方程估测单木生物量。研究结果表明,蒙古栎样地的树高、胸径和单木生物量的决定系数(R^(2))分别为0.84、0.93和0.91,单木结构参数的均方根误差(RMSE)分别为0.75 m、0.96 cm和26.31 kg/株;樟子松样地的树高、胸径和单木生物量的R^(2)分别为0.92、0.96和0.95,相应的均方根误差分别为0.43 m、1.06 cm和26.12 kg/株。融合无人机和地基lidar点云为快速完整地获取林木构型信息提供可靠的数据基础,为联合多源激光雷达技术深入林业应用提供有力的技术支撑。

关键词：无人机lidar 地基lidar 点云融合单木分割单木结构参数

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基于地空雷达数据的人工池杉林单木信息提取

湖北林业科技 2024年第4期53卷 34-38,60页

作者：周细斌李秀梅杨繁唐志强谢经荣周鸣惊湖北生态工程职业技术学院武汉430200 湖北省太子山林场管理局荆门431800

随着绿色经济和生态文明发展的不断推进,森林林分结构信息的数字化、精细化管理也越来越重要,通过激光雷达来快速获取单木信息数据,也成为一种高效便捷的手段。但由于单独使用激光雷达在探测森林时会出现盲区无法形成完整的森林树木三... 详细信息

随着绿色经济和生态文明发展的不断推进,森林林分结构信息的数字化、精细化管理也越来越重要,通过激光雷达来快速获取单木信息数据,也成为一种高效便捷的手段。但由于单独使用激光雷达在探测森林时会出现盲区无法形成完整的森林树木三维点云,为此本研究用使用无人机机载雷达与地基雷达融合进行调查,所探测的数据经处理后,即可获得高精度的点云模型与单木信息表。结果表明,池杉样地的单木定位识别精度为94%,每木平均树高相差0.16 m,平均胸径相差0.23 cm,树高、胸径R^(2)分别为0.9881、0.9746,均方根误差分别为0.2663 cm、0.6136 m。机载激光雷达与地基激光雷达合并点云对于人工池杉林资源调查与监测具有重要的实际意义,同时为林分信息快速提取的研究与应用提供了有力的技术支撑。

关键词：无人机lidar 地基lidar 点云融合单木信息提取

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