一种机载激光雷达海洋测深波形数据处理算法
海洋工程中基于激光雷达的地形测量技术研究
海洋工程中基于激光雷达的地形测量技术研究概述:海洋工程涉及大量的海洋地形测量工作，以便进行环境评估、海洋资源开发和海底工程建设等。
随着科技的不断发展，激光雷达技术在海洋工程中的应用越来越广泛，成为地形测量的重要工具之一。
本文将重点探讨基于激光雷达的地形测量技术在海洋工程中的应用，并介绍其原理、方法以及未来发展趋势。
一、激光雷达在海洋工程中的应用1. 海洋地形测量的重要性海洋地形测量是海洋工程的基础工作，可以帮助工程师了解水下地形、沉积物分布等信息，为后续的工程设计提供可靠的参考。
激光雷达技术以其高精度、高效率的特点成为了现代海洋地形测量的首选工具。
2. 海底地形的激光雷达测量激光雷达通过发射激光束并接收反射回来的光线来测量海底地形。
该技术通过计算激光束从发射到反射所需的时间，进而计算出目标地形的距离。
激光雷达具有高精度、高分辨率的特点，可以获取详细的海底地形信息，包括起伏、裂缝、坡度等。
3. 海岸线测量的激光雷达应用海岸线的测量对于海洋工程项目非常重要，可以帮助确定海洋工程的布局和设计。
使用激光雷达技术，可以在不受潮汐和气候影响的情况下，快速获取海岸线的信息，并生成高精度的数字地图。
4. 海洋工程倾斜摄影的激光雷达测量倾斜摄影是指通过航空或船舶平台上安装的激光雷达设备，在一定高度和角度下对地面进行连续扫描，生成三维立体图像。
这种技术在海洋工程中的应用非常广泛，可以用于测量海洋工程项目的海岸线、海岸悬崖、海岛等复杂地形。
二、基于激光雷达的地形测量技术原理1. 激光雷达的工作原理激光雷达通过发射和接收激光束来测量目标的距离。
当激光束照射到目标上时，其中一部分光线被目标物体反射回来，激光雷达接收到反射回来的光线，根据光线往返所需的时间计算出目标物体与激光雷达的距离。
2. 激光雷达的数据处理激光雷达获取的原始数据包括距离信息、强度信息和时间戳信息。
通过对这些原始数据进行处理，可以生成点云数据，即以三维坐标表示的地物点数据。
海洋激光雷达图像处理提取海水深度的方法
〇 引言
1 仪器与数据
机 载 激 光 雷 达 测 深 系 统 的 研 发 开 始 于 20世纪 6 0 年代末期，其中以澳大利亚研制成功的WRELADS-1 为代表，主要进行了激光测深的机理研究，到了 2 0 世 纪 9 0 年 代 瑞 典 研 制 的 HAWE E Y E 系统标志着机载 激 光 雷 达 测 绘 近 海 海 底 地 貌 进 人 实 用 化 【1]。机 载 激 光 雷达集成全球卫星定位系统、惯 性 导 航 系 统 、扫描系 统 和 激 光测距系统，通 过 各 个 子 系 统 得 到 位 置 、姿态 和距离信息来解算地物的空间位置M 。机载海洋激光 雷达在海洋地形测绘中相对于传统的人工测量加船 载 测 量 方 式 ，可 以 克 服 对 于 浅 水 地 区 船 只 无 法 通 行 的 困难，具 有 机 动 性 高 、测 绘 面 积 大 、成本低等优势【3]。 因 此 机 载 海 洋 激 光 雷 达 测 深 在 海 洋 浅 海 深 度 提 取 、海 岸 线 调 查 、军 事 侦 査 等 调 查 具 有 重 要 地 位 [4]。
收稿日期:2021 - 0 5 - 0 6 ; 修订日期:2021 -05-23 基金项目: 国家自然科学基金(41876105);上海市科技创新行动计划（20dzl206502) 作者简介: 黄宜帆，男，硕士生，主要从事激光雷达水下目标探测方面研究。 导师(通讯作者)简介: 贺岩，男，研究员，博士，主要从事机载海洋激光雷达和激光三维成像技术方面的研究。
2. Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
利用激光雷达进行测绘的数据处理方法
利用激光雷达进行测绘的数据处理方法激光雷达是一种高精度的测量工具，可以快速获取目标表面的点云数据。
利用激光雷达进行测绘已经成为现代测绘技术的重要组成部分。
但是，激光雷达采集的原始数据是海量的点云数据，如何高效地处理这些数据，提取有用的信息是一个关键问题。
本文将介绍利用激光雷达进行测绘的数据处理方法。
一、激光雷达测绘的原理与应用激光雷达是通过发射激光脉冲并测量其反射时间来确定目标的位置和形状。
它具有高精度、高速度、非接触等优点，在地质勘探、城市规划、楼宇建模等领域有着广泛的应用。
激光雷达通过扫描场景，记录反射激光的时间和距离信息，将每个反射点的三维坐标记录下来，形成点云数据。
这些点云数据包含了丰富的地理信息，可以用来生成数字高程模型、获取地物表面的形状和纹理等。
二、激光雷达测绘数据的处理流程激光雷达测绘数据处理一般包括数据质量检查、噪声滤波、配准与配准精度评估、数据分割与分类、特征提取与识别等步骤。
1. 数据质量检查与噪声滤波首先，需要对原始数据进行质量检查，以排除采集时可能存在的异常数据。
例如，检查是否有丢失的点、杂散点等。
然后，对数据进行噪声滤波，去除无用的点。
常用的噪声滤波方法有统计滤波、均值滤波、中值滤波等。
2. 数据配准与配准精度评估将不同位置、不同时间采集的点云数据配准到同一坐标系，在数据配准过程中，需要选择合适的配准算法，并根据配准效果进行评估。
有些情况下，需要使用标定板、控制点等参考物体进行配准。
3. 数据分割与分类将点云数据根据地物特征进行分割与分类，可以通过区域生长算法、K-means算法等实现。
分割与分类的目的是将地物表面从点云数据中分离出来，并对其进行分类，如建筑物、道路、植被等。
4. 特征提取与识别特征提取与识别是激光雷达测绘中的重要任务，可以根据点云数据的几何、强度和反射率等信息，提取出不同地物的特征，并进行识别。
例如，可以提取房屋的屋顶平面、道路的中心线等。
特征提取与识别可以应用于城市规划、交通管理、环境监测等领域。
机载激光雷达海洋测深技术
机载激光测深
在含有盐、气泡和浮游生物的海水中，光波和电磁波的衰减都非常大，声波在海 水中衰减小、传播距离长，因此基于声波的回声测深技术是应用最广最为成熟的 水深测量技术。
多波束测深系统是 一 个全覆盖式声纳测深系统，其波束在海底的覆盖宽度是水 深的 3 ～7 倍，个别系统最大可达 10 倍。在深水测区具有很大的优势，但在水 深小于 50m 的浅水区或存在暗礁时，声呐测量技术往往使用受限，测量效率也 急剧下降，且存在着严重的安全隐患。
2020/4/16
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主动式遥测技术，利用的是光在海水中的 传播特性。
按照波段数量可分为双色激光机载 LiDAＲ 测深系统和单色激光机载 LiDAＲ 测深系 统。
2020/4/16
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随着技术的进一步发展，当前出现了单 色激光机载 LiDAＲ 测深系统。单色激 光机载 LiDAＲ 测深系统仅采用波长为 532nm 的蓝绿激光作为激光器发射光 源，其一部分激光束到达海面后沿原路 径反射，另一部分激光束则穿透海面到 达海底，经海底反射沿原路径返回，并 被激光接收器接收。根据二者到达接收 器的时间差，即可计算出海水的深度。 采用单色激光作为发射源，既简化系统 结构，又不需双色激光同步而提高测深 精度，是机载 LiDAＲ 测深系统的发展 趋势
机载激光雷达海洋测深技术
目录
01 海洋测深概述 02 机载激光测深基本原理 03 机载激光测深系统构成 04 机载激光测深的关键技术 05 机载激光测深系统的应用
2020/4/16
01 海洋测深概述
2020/4/16
海洋测深技术
常规的海洋遥感水深反演技术
单波束测深技术 多波束测深技术
海洋测绘中的测深技术与数据处理方法
海洋测绘中的测深技术与数据处理方法近年来，随着科技的进步和人类对海洋资源的追求，海洋测绘成为了一个备受关注的领域。
而在海洋测绘中，测深技术是非常重要的一项技术。
本文将介绍海洋测绘中的测深技术与数据处理方法，旨在为读者带来更多关于这一领域的了解。
测深技术是指测量海洋的水深信息的方法与工具。
而在测深技术中，声学测深技术是其中最常用的一种。
声学测深仪是一种利用声波的传播速度与返回时间来计算水深的设备。
当声波发射器向水中发出声波时，一部分声波在水面上反射，而剩下的声波经过水面进入水下。
当声波遇到海底时，再次发生反射，并且有一部分声波会返回测深仪。
通过记录声波发出和返回的时间差，以及声波的传播速度，我们便能计算出水深。
这种声学测深技术具有测量范围广、精度高、数据获取快等优点，因此被广泛应用于海洋测绘领域。
除了声学测深技术外，卫星测深技术也是海洋测绘中的重要手段之一。
通过利用卫星和地面测站之间的微波通信测量海面和卫星之间的距离，便能推算出水深。
这种测深技术具有覆盖范围广、对环境影响小等优点。
此外，由于其无需物理接触水下，也能在非常深的海域进行测量，因此被广泛应用于海底地形的测绘。
在测深技术的数据处理方法方面，现如今常用的方式是利用计算机软件进行处理。
例如，在声学测深技术中，根据声波发射与返回的时间差和声波的传播速度，我们可以计算出水深的数值。
而为了将这些数值可视化，常常使用GIS软件将数据以三维地图的形式展示出来，以便更直观地了解海底地貌的分布与特征。
另一种常用的数据处理方法是利用统计学的相关技术进行数据分析。
在声学测深技术中，由于水深的测量范围通常很广，因此通过对大量数据的统计分析，可以得出海底地形的平均水深、深度分布规律等信息。
通过这些数据，我们可以更全面地了解海底地貌的分布特征，为后续的海洋资源开发和利用提供基础数据。
此外，随着人工智能技术的不断发展，其在海洋测绘中的应用也越来越广泛。
例如，利用深度学习算法对海底地形图像进行智能识别与分析，可以更准确地判断海底地貌的类型与属性。
海洋机器人在深海探测中的数据处理技术
海洋机器人在深海探测中的数据处理技术在当今科技飞速发展的时代，海洋探索逐渐成为人类拓展认知边界的重要领域。
深海，这个充满神秘和未知的世界，正等待着我们去揭开它的面纱。
而海洋机器人作为深海探测的先锋，其作用愈发关键。
然而，要从深海中获取有价值的信息，数据处理技术的重要性不言而喻。
海洋机器人在深海探测中面临着诸多挑战。
首先，深海环境极其恶劣，高压、低温、黑暗且充满各种复杂的水流和地形。
这使得机器人在采集数据时，容易受到干扰和误差的影响。
其次，数据传输的限制也是一个难题。
由于深海与陆地之间的距离遥远，信号衰减严重，数据的实时传输往往难以实现，大量数据需要在机器人内部存储，待其返回水面后再进行处理。
再者，所采集的数据量庞大且复杂，包含了各种物理、化学和生物等多方面的信息，如何从这些海量的数据中提取出有用的知识和模式，是一个艰巨的任务。
为了解决这些问题，科学家们研发了一系列先进的数据处理技术。
其中，数据压缩技术是关键之一。
在深海探测中，机器人采集的数据量巨大，如果不进行压缩处理，不仅会占用大量的存储空间，还会增加数据传输的难度和时间。
通过采用有效的压缩算法，可以在不损失重要信息的前提下，大大减少数据量。
例如，无损压缩算法可以确保数据的完整性，而有损压缩算法则可以在允许一定误差的情况下，实现更高的压缩比。
数据滤波技术也是不可或缺的。
深海中的噪声和干扰会影响数据的质量，通过滤波技术可以去除这些噪声，提高数据的准确性和可靠性。
常见的滤波方法包括均值滤波、中值滤波和卡尔曼滤波等。
均值滤波通过计算相邻数据点的平均值来平滑数据，中值滤波则选取相邻数据点的中间值，而卡尔曼滤波则是一种基于预测和修正的动态滤波方法，能够更好地适应数据的变化。
特征提取技术在数据处理中起着重要作用。
面对海量的原始数据，直接进行分析往往是不现实的。
通过特征提取，可以将复杂的数据转化为具有代表性的特征向量或特征值，从而降低数据的维度，便于后续的分析和处理。
星载海洋激光雷达测深回波分类方法及验证
星载海洋激光雷达测深回波分类方法及验证徐嘉; 苏云; 梁琨【期刊名称】《《航天器工程》》【年(卷),期】2019(028)006【总页数】8页(P73-80)【关键词】激光雷达; 海洋测深; 双视场; 回波分类【作者】徐嘉; 苏云; 梁琨【作者单位】北京空间飞行器总体设计部北京 100094; 北京空间机电研究所北京100094; 华中科技大学电子信息与通信学院武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】P229激光雷达具有能量强、方向性好、波长短及分辨率高的特点。
星载海洋探测激光雷达可以全天时、高效率地获取海洋垂直剖面数据，能在海洋地形测绘和海洋环境监测，特别是近海岸带和海岛礁附近的浅水区域环境监测中发挥重要作用。
因此，发展星载海洋探测激光雷达是未来海洋遥感探测领域的趋势和前沿方向之一。
针对星载激光遥感存在作用距离远、信号弱、动态范围大、散射复杂等问题，国内外都在进行机载平台的先期体制和关键技术验证，为未来星载海洋探测激光雷达进行技术储备[1-2]。
目前，具有代表性的机载海洋激光探测载荷主要是加拿大的“海岸带测绘和成像激光雷达”(CZMIL)系统[3]、瑞典的“鹰眼”(Hawk Eye)系统[4]、荷兰的“机载激光回波测深”(LADS HD)系统[5]及美国的“机载氖脉冲激光雷达”(AOL)系统[6]。
这些系统基本上能实现对海洋0.15～50.00 m深度的测量，其测深精度可达到0.36 m。
我国对激光雷达测深技术的研究始于20世纪80年代，进行了相关技术研究和系统研制[7-12]。
目前，最新研制的Mapper5000系统[13]已经在南海某些海岛附近海域完成多架次飞行试验，获得南海岛礁的三维地形数据，其最大实测深度为51.00 m，最浅深度为0.25 m，测深精度为0.23 m，为我国星载海洋探测激光雷达发展奠定了良好的技术基础。
由于海水对激光能量的衰减很强，激光雷达接收的水下回波信号的动态范围非常大，在实现对深水微弱信号检测的同时，其海表及浅水回波信号容易造成探测器的饱和。
一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法
ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｕ ｂ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｂ ａ ｃ ｋ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ ｌ ｉ ｄ ａ ｒ ，ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｕ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ｉ ｄ ａ ｒ（ ＨＳ ＲＬ） ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｔ ｍｏ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｅ ｂ ａ ｃ ｋ ｓ ｃ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
一种激光雷达测深数据的海底底质反射率提取方法及系统[发明专利]
![一种激光雷达测深数据的海底底质反射率提取方法及系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/01da801c7c1cfad6185fa719.png)
专利名称：一种激光雷达测深数据的海底底质反射率提取方法及系统
专利类型：发明专利
发明人：李清泉,丁凯,朱家松,汪驰升
申请号：CN201610416807.2
申请日：20160614
公开号：CN105954732A
公开日：
20160921
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种激光雷达测深数据的海底底质反射率提取方法及系统，方法包括：获取机载全波形激光雷达测深数据中所包括的海底回波波形数据，并对海底回波波形数据根据Richardson‑Lucy反卷积迭代算法求解得到回波强度和海水深度；根据线性回归法对所述海底回波波形数据求解，得到海水衰减系数；对由海底地形坡度引起的Hot‑spot效应和脉冲展宽进行回波强度校正，得到海底底质的坡度及海底底质反射率。
本发明充分考虑了海水衰减系数、脉冲展宽、热点效应等多因素对海底回波强度的影响，精确反演出海底底质反射率。
申请人：深圳大学
地址：518060 广东省深圳市南山区南海大道3688号
国籍：CN
代理机构：深圳市君胜知识产权代理事务所
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【CN109752727A】一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法【专利】
其中 ，入射 角ilaser为锐角； 步骤4 .4：计算激光折射角rlaser，折射角rlaser为锐角；有两种计算方法： 第一求解方法，根据Snell法则，激光折射角rlaser表示如公式(6)所示：
(74)专利代理机构 青岛智地领创专利代理有限 公司 37252
代理人 种艳丽
(51)Int .Cl . G01S 17/08(2006 .01) G01S 7/497(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109752727 A (43)申请公布日 2019.05.14
( 54 )发明 名称 一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法
步骤2 .3：利用Levenberg-Marquardt算法进行瞬时三维海面拟合，获得瞬时三维海面 模型；
步骤3 ：根据步骤2中 构建的瞬时三维海面模型 ，根据公式 (2) 计算瞬时 海面斜率 ；通过 计算公式 (1)的偏微分 ，得到公式 (2) ；
其中， 和 为每束激光在瞬时三维海面模型中x和y方向上的海面斜率，总的
权利要求书3页 说明书7页 附图4页
CN 109752727 A
CN 109752727 A
权 利 要 求 书
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1 .一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1：计算瞬时海面激光点坐标(x ,y ,z)； 步骤2：基于最小二乘和波浪谱理论，利用步骤1中计算的瞬时海面激光点坐标，构建瞬 时三维海面模型；具体包括如下步骤： 步骤2 .1：瞬时三维海面模型函数的确定，其能够看成是连续的傅里叶变换频谱的叠 加，且为连续可导曲面；所述瞬时三维海面模型函数为：
一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法
一种激光雷达测量海洋光学参数的新方法
李志刚;刘智深;朱林伟
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】2016(037)001
【摘要】为了拓展海洋光学参数的激光遥感测量手段,借鉴高光谱分辨率多普勒激光雷达对大气散射信号的测量机制,提出了一种利用激光雷达水下后向散射信号测量海洋固有光学参数的新方法.在原理方面,描述了测量系统的组成和利用碘分子吸收滤波器实现水分子瑞利散射信号和悬浮物米散射信号的光谱分离测量方法,在结论方面,给出了利用海水激光后向散射信号实现海水悬浮物后向散射系数和海水体消光系数的具体反演算法.
【总页数】5页(P142-146)
【作者】李志刚;刘智深;朱林伟
【作者单位】鲁东大学物理与光电工程学院,山东烟台264000;中国海洋大学海洋遥感研究所,山东青岛266003;鲁东大学物理与光电工程学院,山东烟台264000【正文语种】中文
【中图分类】TN959;O439
【相关文献】
1.一种更为客观的海洋混合层厚度测量新方法 [J],
2.一种适合海洋环境温度测量的新方法 [J], 井彦明;王景青;申秀花;刘连君
3.海洋光学固有光学参数及其现场测量方法 [J], 陈立贞
4.一种中心立柱型海洋平台垂直度测量的新方法 [J], 宋国辉;张士舰;吴连强;杨子龙;王建喜
5.解决显微镜中光学污染问题的一种新方法——光学参数变换法 [J], 沈锋
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