基于地面LiDAR辅助的单幅影像近景三维量测模型研究

针对LiDAR与摄影测量在数据获取平台、数据采集方式等方面存在相似性，在采样精度、数据直观性等方面存在互补特性的特点，本研究旨在为实现基于点云辅助的单影像近景三维量测提供理论基础，研究内容包括LiDAR点云与影像数据的精确配准、点云辅助下单幅影像立体量测模型的建立、三维表面模型数据保真度量化指标体系的建立等三个方面，重点解决基于点云辅助的单幅影像数字摄影测量立体量测模型的建立方法、三维表面模型数据保真度的量化分析与表达等两个关键技术问题，通过本研究，将有效地解决LiDAR与摄影测量各自在三维数据采集过程中所表现出的边界特征定位精度无法得到保证、同名点误匹配所导致的特征点三维坐标提取存在偏差等问题，实现LiDAR与摄影测量的优势互补，在三维数据的采样精度、数据现势性等方面提供保证，实现快速、全面、真实、准确地表达地理空间的目的，项目研究成果对推进全球的数字化进程有非常重要的理论与现实意义。

在系统查新国内外有关地面LiDAR点云数据处理、有关基于影像的三维数据采集等方面的最新研究成果的基础之上，针对基于地面LiDAR辅助的单幅影像近景三维量测模型的建立中所涉及的关键科学问题，围绕基于点云的点状/线状/面状特征提取、影像匹配、点云与影像的高精度配准等三个方面着手开展项目的研究工作，具体的工作可以概括为如下八个方面：1）基于曲率极值与最小生成树的地面LiDAR点云特征提取；2）基于线性特征约束的相邻测站LiDAR点云配准；3）局部单应约束的高精度图像自动配准；4）基于SIFT的宽基线立体影像密集匹配；5）基于单位四元数描述的LiDAR点云配准；6）基于对偶四元数的LiDAR点云配准；7）基于单位四元数描述的单像空间后方交会。需要指出的是，本次研究中引入了四元数来实现空间相似变换的表达，基于单位/对偶四元数分别实现了刚体变换与共线方程的表达，并基于此实现了无初值情况下的点云配准、单像空间后方交会以及光束法约束平差。实现了不同测站数据之间、不同数据源之间的无缝融合，为数据的优势互补提供了良好的理论基础。.项目的实施与开展取得了良好的研究成果，至目前为止，研究成果分别发表于《测绘学报》、《武汉大学学报•信息科学版》、《中国矿业大学学报》、《中国图象图形学报》、《IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters》等刊物。不仅如此，经过项目的理论研究及其实践经验，项目组成员的科研能力得到了较好的培养和提高，并于项目执行期间先后获得了5项国家自然科学基金项目的资助，其中，面上项目3项，青年基金项目2项。此外，在项目执行期间，项目组成员1人获得博士学位，1人获得硕士学位，1人通过学校考核并成功获得直接攻读博士的资格。.综上，项目的研究取得了良好的人才培养效果与丰富的研究成果，极大地锻炼了项目组成员独立从事科研的基本能力，取得了预期效果。