航空激光雷达点云数据后处理理论及技术研究

航空激光雷达是现代遥感信息获取领域的最新技术，对这种主动式遥感技术获取的点云数据进行处理是国内外遥感领域研究的主流和热点。而点云数据分类是激光雷达数据后处理中最重要的工作，也是基于这一技术获取高精度数字高程模型和三维建筑物提取的前提和基础，为此本项目申请研究激光雷达点云数据后处理方法和技术。主要开展二维稳健估计、自适应滤波和数学形态学理论用于数据后处理的理论、技术和模型算法的研究工作；研究不同地形和不同地面覆盖等条件下的稳健滤波分类方法；构建技术可行、算法稳健的"分级处理"方案；研究基于曲率空间模型和影像分析方法提取地面特征信息的方法和技术，为基于激光雷达数据构建高精度DEM奠定基础，为构建数字三维表面模型和3D数字城市模型提供支持。因而该研究在航空激光雷达点云数据处理方面有重要理论技术创新，模型和算法的软件化方案具备实际应用前景，在公路规划设计和洪水预防等领域同样有重要推广价值。

根据项目申请书的计划，完成了二维稳健估计、自适应滤波和数学形态学理论用于数据后处理的理论、技术和模型算法的研究工作。在数学形态学滤波理论方面，提出并完成了基于离散数据形态学滤波的算法。在基于三角网(TIN)滤波方面进行了有益的探索，相关算法也在TopLidar软件上进行了实现。项目立题报告中提出了针对不同地形条件进行滤波试验的内容，对此也进行了大量试验，分别研究试验了山地、平地、城市区域、混合地形条件下，不同算法、不同控制点的滤波可靠性研究。在点云数据“分级处理”方面，完成了基于数学形态学和稳健滤波的试验研究。TopLidar软件系统完成原型的设计和开发。在项目计划书的基础上，根据国内外该领域的发展，除了完成项目计划的研究内容外，2010年度增加了对点云数据航带拼接和纠正的研究。2011年度与中铁第一勘察测绘研究院进行了对机载Lidar系统检校方面的研究，进行了合作研究，并安排一名硕士生进行项目合作研究，完成了算法实验和软件原型的开发工作。该研究成果正申报发明专利和软件著作权专利。在数字表面模型重建方面也进行了有益的探索，这主要是因为国内对激光雷达技术的应用需求越来越多，而且应用的领域越来越广。在实际生产中，点云数据拼接、匹配和纠正方面有许多技术问题需要解决，因此，在这些方面进行了探索。结合项目申请人2012年主持承担的中国地质调工作项目《重庆武隆-南川地区地质灾害成灾机理与防治研究》中的《重庆武隆-南川地区灾害体形变监测三维激光扫描技术应用》项目，开展了基于三维激光扫描技术的地质灾害监测研究。基于本基金项目的成果，与中煤航测遥感局合作申报了863项目（融合LiDAR点云与影像的DLG测图）；作为主要参与单位和完成人，完成了两个行业标准规范的制定：中华人民共和国测绘行业标准：《激光雷达数据获取技术规范》和《激光雷达数据处理技术规范》，两个标准规范已于2011年初通过了国家测绘地理信息局的评审，并已于2012年发布；与中交第一公路勘察设计研究院进行了进一步的合作，除完成了《机载和地面车载激光雷达公路改扩建项目》的课题外，正进行激光雷达技术在公路勘察领域标准规范的制定。《基于机载激光雷达技术的京津唐高速公路改扩建》项目于2011年获陕西省科技成果二等奖，2011年获国家测绘地理信息局和中国测绘学会测绘科技成果三等奖。