正式--第八章当代摄影测量新技术发展(Lida成像技术)

最小二乘配置的解算过程
协方差函数的估计
为了求得方差协方差矩阵，可以根据实际的观测数据和 某些理论上的假定进行估计。首先假定随机变量是平稳 的，它们之间的相关性只与两个数据点之间的距离d有 关，这样可以构成一个协方差函数，它仅仅是距离的函 数。另外假定这种相关性随着距离的增大而减弱，根据 经验，比较适合的协方差函数是高斯函数
Lidar原理及其应用
内容概要
一、Lidar概述 二、Lidar成像原理 三、Lidar数据特征及处理方法 四、Lidar应用
Lidar概述
Lidar简介
Lidar的不同表述方式
国 外 对 Lidar 的 不 同 表 述 方 式 有 ： 机 载 激 光 测 高 (airborne laser altimetry ,ALA)；激光雷达(light detection and ranging ,LIDAR)；机载激光地形测 绘 ( airborne laser topographic mapping， /airborne laser terrain mapping, ALTM)；机载激 光测量系统(airborne laser mapping ,ALM)；机载 激光扫描测量系统(airborne laser scanning，ALS)； 激光测高(laser altimetry，LA)。
响，受天气条件影响较小,几乎能全天候地对地观测
• 快速准确的获取地面三维信息，数据处理速度快，
自动化程度高，获取DEM的效率比现有技术高很 多
• 机载激光扫描测高传感器发射的激光脉冲能部分地
穿透树林遮挡,直接获取森林覆盖地区真实地面的高 精度三维地形信息,具有传统摄影测量方法无法取代 的优越性
Lidar的系统组成
• 滤波的基本原理是基于邻近激光脚点间的高程突变
(局部不连续)一般不是由地形的陡然起伏所引起， 更为可能的是较高点位于某些地物。即使高程突变 是由地形变化所引起的，就一个区域来讲，其表现 形态也不会相同，陡坎只引起某个方向的高程突变， 而房屋所引起的高程突变在四个方向都会形成阶跃 边界。
• 两临近点间的距离越近, 两点高差越大, 较高点位于地形表面
的可能性就越小, 因此, 判断某点是否位于地形表面时, 要顾 及该点到参考地形表面点的距离, 随着两点间距离的增加, 判 断的阈值(threshold) 也应放宽, 主要是为了同时考虑地形 起伏产生的高程变化。两地面点间的距离越远, 自然高差(地 形变化形成的高差) 就会越大。
多级窗口形态学滤波
原理：选择一个窗口，对窗口内的数据进行形态学运算，过滤 掉不需要的点，保留感兴趣的部分。
Lidar技术是激光测距技术、计算机技术、高精度 动态载体姿态测量技术(INS)和高精度动态GPS差 分定位技术迅速发展的集中体现。主要由三部分组 成：
搭载平台：一般采用小型固定翼飞机或直升飞机作为Lidar 系统的搭载平台。 机载系统：包括激光测高仪，差分GPS接收机，IMU惯性测 量装置和机载计算机等。 地面数据处理系统：包括地面工作站，计算机和数据分析处 理软件。
膨胀运算：运算结果将把p点的高程值设置成窗口内的最大高程值。
d p max(z p) ( x p,y p )ω
腐蚀运算：运算结果将把p点的高程值设置成窗口内的最小高
程值。
e p min(z p)
( x p, y p )ω
开运算是对数据先腐蚀后膨胀，闭运算是先膨胀后腐蚀。
使用线性窗口进行腐蚀和膨胀运算
Lidar的发展历史
• 美国从二十世纪七十年代就进行了广泛的研究，制
造出多种基于激光测量的系统。
• 从八十年代末期开始，世界上其他发达国家的科研
机构开始Lidar技术的研究并在实际的工作中进行检 验，推动了Lidar的商业化。
• 我国对Lidar的研究起步较晚
Lidar技术的特点和优势
• 主动式探测，机载激光扫描测高不受太阳光照的影
圆锥式扫描
直线式扫描
大光斑与小光斑
Lidar数据处理
Processing Flow
LIDAR/INS Observations
Grid
REALM Aircraft Trajectory
KARS
GPS Observations
Strip Files t,x1,y1,z1,i1,x2,y2,z2,i2
滤波窗口的选择
• 滤波窗口选择所遇到的问题 • 使用多级窗口的滤波方法
算法流程
线性估计的滤波方法
• 线性预测 • 稳健估计 • 分级
线性预测
• 两种表示形式
Z BX S
Z BX S OS'
趋势面和信号
处理数字地面模型问题时，其平差计算是在某种规 则面上进行的，这种规则的几何面称为趋势面。它 可以根据观测数据用某种多项式去拟合得到。趋势 面并非实际地面，两者有插值S存在，该差值S在局 部范围内具有一定规律，即呈现系统性质，而在较 大范围内，由于地形变化是无规律的，故属于偶然 性质，总的来说，差值S是随机参数。对于某插值点 的高程，如果能适当加以该点处的信号S的改正，就 能获得更为准确的地面模型。
X,Y,Z Tiles
Top Surface DEMs
Transform Merge Tile
1st Stop Last Stop
Bare Earth DEMs
Terrain Filter
Grid
X,Y,Z Tiles
LIDAR数据的滤波原理
• 从激光数据点云中提取数字地面高程模型
（DTM/DEM)需要将其中的地物数据脚点去掉， 这就是所谓的激光雷达数据的滤波。
LIDAR 1st and Last Stop
FOOTPRINT
~ Байду номын сангаас2 in 30 cm
TOP/MAP VIEW
1ST stop from canopy Last stop from ground
1ST STOP HITS LEAF, LAST STOP
HITS GROUND
Lidar的扫描方式
Lidar数据获取原理
Simultaneous Four Return Pulses
Very useful for forestry studies
2nd Return 3rd Return
Courtesy of AAM Geoscan
LIDAR Measures Objects From “Line of Sight”