基于激光雷达的多层楼梯检测和建模方法

移动机器人在多层建筑进行自主导航时,需要具备楼梯检测和建模能力。然而,目前楼梯检测和建模主要面向单层直楼梯,对具有回转结构的多层楼梯适用性差,且场景中存在的动态点云会影响建模精度。针对以上问题,提出了一种基于激光雷达的多层楼梯检测和建模方法。首先,构建了轻量化的2.5D点云滤波器,高效滤除动态和噪声点云;其次,提出了一种基于主成分分析的台阶分类方法,实现了对单个及具有回转结构的复杂多层楼梯的鲁棒台阶检测;同时,设计了一种基于区域分割的台阶尺寸估计方法,提高了楼梯模型的构建精度;此外,提出了一种基于多阈值判断的楼梯模型追踪方法,实现了实时楼梯检测和快速动态建模;最后,分别使用Tang数据集和四足机器人在室内外多重场景下采集的点云数据进行试验验证。结果表明,提出的算法在室内外场景下,能够对单层及具有回转结构的多层楼梯进行动态检测和建模,其中台阶尺寸的估计精度在1 cm以内,计算量降低了51.23%。

倾斜摄影与激光雷达点云融合精细化建模应用研究

由于无人机在树木茂盛的地方倾斜摄影所拍摄的五镜头航片存在一定程度的遮挡,使得其在进行空三加密时容易出现点云空洞,从而造成最终构建的三维模型出现拉花、变形等问题。针对这一难题,本项目拟采用地基LiDAR高分辨率、高抗干扰能力的优势,通过与倾斜影像融合的方法,构建高精度的点云,以提升模型精度和可信度。

激光雷达技术在三维地形建模中的高精度应用

激光雷达技术在三维地形建模中具有高精度应用的潜力。本文从激光雷达技术在三维地形建模中的意义和应用、数据处理与分析、应用案例、存在的问题与挑战,以及未来发展趋势等方面进行了探讨。激光雷达技术在数据采集、点云数据处理、三维地形模型生成等方面展现出优势,并在山区地形建模、城市地形建模、水利工程地形建模等领域得到了应用。未来,激光雷达技术有望在高精度地形建模中实现更大的突破,并在其他领域得到广泛应用。基于此,文章就激光雷达技术在三维地形建模中的高精度应用展开论述。

融合激光雷达料位测算的锅炉燃烧优化模型预测控制

提出了一种融合激光雷达料位测算的锅炉燃烧优化控制策略。该控制策略通过激光雷达对生物质的入炉给料量进行实时在线监测,并采用最大互信息系数(MIC)方法分析其对于主汽压力、燃烧室温度、出口烟气氧量等关键参数的时延长度,结合经过特征筛选的锅炉特征参数,构成模型样本集;通过粒子群优化(PSO)算法进行参数优化,获得燃烧过程外源自回归(ARX)模型,并采用模型预测控制的方法优化锅炉燃烧。以700t/d生物质燃烧发电锅炉为测试对象,该控制策略在主汽压力与燃烧室温度约束下实现了烟气氧量优化。实验结果与对比分析表明:(1)该预测模型具有较高的精度与泛用性,能满足预测控制的要求;(2)相较于PID与模糊控制,该控制算法拥有更高的控制性能,在仿真结果中氧量与其设定值的平均偏移能控制在±25%以内。该控制策略理论上具有较好的实践意义,可为生物质发电锅炉的智能化稳定燃烧提供解决方案。

基于机载激光雷达的低照度交通事故现场重建及实证研究

在低亮度条件下,传统的事故勘察方法难以获取高质量的勘察数据。提出了基于机载激光雷达的低照度事故现场重建方法。首先,建立机载激光雷达勘察的方法框架。接着,使用高斯分布的统计学滤波算法去除噪点,通过判断空间划分体素的占据状态来滤除现场周围移动物体。然后,利用传感器自身的位姿数据配准点云数据,建立事故现场的三维点云模型。此外,探究了无人机飞行高度和激光旁向重叠率如何影响建模精度。最后,在夜间模拟事故现场进行实证研究,研究发现当无人机飞行高度为15 m,激光旁向重叠率为50%时,建模精度和处理时间能达到较好平衡。与航拍摄影建模、传统人工勘察方法相比,机载激光雷达建模均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.04636,低于航拍摄影建模误差,表明方法能够应用于低照度交通事故现场勘测。

激光雷达技术在矿山密闭空间三维重建应用研究

矿山智能化建设的基础是矿山数字化,获取矿山信息建立三维矿山模型是矿山智能化建设必需的过程,以三维密闭空间信息获取与建模技术为支撑,推进基础性与应用型真三维空间信息系统开发建设和密闭空间信息资源的开发利用,探索支持我国矿山井巷工程空间地理信息服务模式,进一步推进三维激光扫描技术在我国矿山数字化和智能化领域的应用,以期提升矿山行业相关工程技术人员的空间三维数据处理能力,进而提高工作效率。

激光雷达在高层建筑竣工测量中的应用研究

激光雷达技术是一种利用激光束进行精确测量的三维成像技术,它通过发射激光脉冲并接收反射回来的信号来确定物体的位置和形状。在高层建筑竣工测量中,激光雷达技术的应用包括三维建模与扫描、地下室空间测量、外立面测量等。通过与全球定位系统(GPS)和摄影测量数据的融合,激光雷达技术能够提供高精度的建筑结构特征提取与分析。按照不同的搭载平台,可分为机载模式、车载模式、架站模式、背包模式。高层竣工测量点云数据则需要通过不同模式下测量的点云数据融合得到。

基于激光雷达里程计的高速公路三维建模方法

构建三维道路数字模型对智能车服务和道路管理具有重要意义。文中针对高速公路不同路段应用场景下车辆运行速度快、干扰噪声多、特征少和无回环检测辅助等一系列问题,提出一种以激光雷达信息为建模基础数据、激光雷达里程计与LOAM技术等多传感器融合的高速公路三维建模方法。首先,通过车载激光雷达获取道路场景的激光点云数据,使用激光雷达图像分割技术赋予每一个点有关构造物的标签,剔除道路上其他运动车辆的信息,减少建模噪声;其次,制定了一个精确的同步策略来对GNSS、IMU和激光雷达等传感器进行集成;在此基础上,结合惯性导航预积分结果、基于特征点云的位姿约束和RTK数据构建因子图,消除激光雷达里程计的累积误差,从而构建全局一致性的高速公路三维数字模型。为了保持姿态估计的有限数量,文中还引入了基于关键帧的滑动窗口优化策略。最后,分别采集高速公路场景中常见的3种路段(一般路段、桥梁和隧道路段)进行建模分析,结果表明,在具有挑战性的高速公路场景建模中,文中方法能够有效提高建模鲁棒性、精度以及模型有效性。

机载激光雷达扫描逆向建模施工技术

随着我国城市化的快速发展,建筑设计师热衷于各类造型奇特的建筑设计,并以奇特的造型体现各类文化蕴涵,因此,奇异的建筑结构注定外幕墙装饰作为异型造型的表现,需要高精度的施工和安装。而这类幕墙具有施工精度要求高,整体施工难度大,施工工期要求紧,安装技术含量较高的特点;为解决这一系列难题故而提供此项施工技术。

多源LiDAR和UAV影像的塔式建筑物三维建模方法

塔式建筑物由于立面结构复杂,使用单一数据源进行三维建模时容易出现部分区域空洞、纹理拉花等情况。为解决此问题,本文提出一种将无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)影像、机载LiDAR数据和手持LiDAR数据进行配准融合的塔式建筑物三维建模方法。以云南省玉溪市新平县的五彩云楼为例,使用UAV和手持激光扫描仪作为数据采集设备,首先分别采集塔式建筑物的UAV影像、机载LiDAR和手持LiDAR数据,然后基于摄影测量原理生成UAV影像的点云,其次基于最近点迭代算法方法将三种数据进行配准融合,最后通过构建不规则三角网表示其三维模型。实验结果表明:将多源LiDAR和UAV影像点云配准融合后生成的三维模型结构更加完整,避免了单一数据源构建三维模型存在的空洞问题。

考虑高斯能量分布的复杂表面航天器激光雷达散射特性分析

针对复杂表面航天器在激光雷达照射下散射特性模拟不准的问题,通过表面建模和激光特性修正进行了解决。该方法首先通过高斯能量分布法对激光光束模型进行修正;然后基于有限元的思想,针对航天器复杂表面非光滑、非连续以及多材质等特性,利用改进Z-buffer的消隐算法解决了复杂航天器表面建模问题;最后建立了面向激光雷达的复杂表面航天器激光雷达散射截面的计算方法。仿真分析表明:航天器不同姿态下的激光雷达散射截面精度提升了14 58%,为后续面向激光雷达的隐身设计奠定了基础。

结合激光点云与影像的LoD3建筑物窗口自动建模

结合建筑物地基激光雷达点云与立面单幅影像,解决窗口几何和结构信息描述困难等关键问题。利用深度学习算法进行影像中窗口的识别与提取,并对窗口影像进行线特征提取与拟合得到窗口的结构类型,同时对建筑物点云数据进行网格划分与窗口轮廓提取,得到窗口的几何参数。根据所提结构与几何信息从窗口模型库中调取窗口模板并修改,实现建筑物窗口的自动建模。所提方法的窗口提取精确度可达89.5%,几何精度在5 cm以内。

多源激光点云建模在桥梁养护中的探索

运营已久的复杂山区高速公路桥梁在路面负荷严重、次生地质灾害的影响下,对道路日常的养护运维工作带来了很大挑战。利用桥梁三维建模技术进行在线可视化,同时在重点桥梁路段安装监测设备,在线进行桥梁健康监测成为目前新的技术手段。针对运营较长时间的道路桥梁设计竣工图纸缺失,无法通过图纸复现真实的桥梁模型,采用地面站式激光与车载激光相结合的方法,对长时间运营桥梁进行扫描,对两种方法得到的点云数据进行配准及滤波处理,然后进行单体化建模,真实还原运营桥梁的结构形态。同时,利用公路行业BIM模型标准,对单体化的桥梁进行构件拆分编码,形成规范的桥梁单元模块。在此基础上,利用GIS技术开发高速公路基础设施平台,关联桥梁养护相关作业模块,实现既有高速公路桥梁线上巡检养护。

融合多源激光点云数据的亚运场馆建模研究

为了获取体育场馆内外建筑结构的三维信息,构建完整的三维实景模型,在分析多种非接触式测量技术的各自特点和局限性基础上,结合无人机机载LiDAR和地面三维激光扫描仪的优势,提出一种使用空地2种激光点云数据进行初始配准、精确融合,进而实现体育场馆三维重建的方法。以某亚运体育场馆为应用研究对象,结果表明:该方法可以有效地采集、处理海量点云数据,构建的模型纹理清晰,几何结构完整;使用全站仪、手持测距仪实地检测,平面和高程中误差分别是±0.136 m、±0.087 m,边长最大较差15 cm。通过工程实践,验证了上述建模方法具有一定的有效性和实用性,同时进行了深入探讨分析并提出了改进思路。

基于车载LiDAR的露天矿场景三维模型构建

三维模型是地质地形数据,可为地质勘探、储量计算及采矿设计提供依据,利用车载LiDAR对露天矿进行快速的三维建模,为露天矿设计和生产管理提供高效、直观的数据支撑。本文对车载激光LiDAR获得的点云数据进行去噪、滤波、地形特征点提取等处理,构建矿区地表三角网,并对三维模型作编辑,所建立的模型与原始点云的最大偏差为4.2 cm、平均偏差为0.02 cm、标准偏差为0.2 cm,模型质量高,该处理方法可完成露天矿场景三维建模。

基于激光雷达的库区无人行车自动避障路径规划方法

为提高库区无人行车自动避障路径规划的准确性与避障效率,本文提出一种全新的自动避障路径规划方法,并利用激光雷达实现。首先,采用2D激光雷达来获取与障碍物的距离和方位信息;然后利用这些信息来识别障碍物;其次,利用栅格地图的建模方法,建立一个用于避障路径规划的库区虚拟环境模型;最后在此基础上,设计无人行车的自动避障路径规划算法,以实现自动避障目标。实验结果表明,应用该方法后,无人行车的避障反应速度和实时性能越好,避障成功率均达到100%。

直接探测激光雷达系统的建模与仿真

从直接探测激光雷达系统的建模、激光雷达仿真系统的研究、计算机仿真实验等方面介绍了进行激光雷达系统仿真设计的理论和实践。从虚警概率、探测概率、信噪比和阈值噪声比决定最大探测距离的这一角度阐述建立直接探测激光雷达模型;假设在直接检测方式下,探测器噪声可以用高斯概率密度函数表示;考虑了大气分子和气溶胶的吸收和散射作用;仿真系统参数输入中尽可能考虑了实际系统的各种参数要求。仿真实验表明仿真软件能够客观地反映直接探测激光雷达在不同条件下应该探测的结果。

基于地面激光雷达点云数据的单木三维建模综述

对利用野外树木激光扫描获取的海量点云数据来提取树木几何与拓扑特征并以此来构建树木三维模型的方法进行综述。在总结基于激光点云的树木建模基本原理和步骤的基础上,围绕单树点云数据的分割、树枝骨架的提取与优化、单木模型的表面重建等主要过程,对各种具体实现技术或方法进行分类、分析和评价,最后对生成的树木模型的精度和未来的技术发展趋势进行简要分析。

基于激光雷达技术的三维数字露头及其在地质建模中的应用——以巴楚地区大班塔格剖面礁滩复合体为例

介绍了激光雷达技术的工作原理以及数据的采集、处理和解释方法,展示了三维数字露头的构建过程。以塔里木盆地巴楚地区大班塔格剖面中奥陶统一间房组礁滩复合体为研究对象,在真实的三维数字露头地质构架下,以岩相与岩石物性关系为约束,构建了礁滩复合体三维地层结构模型、沉积相模型和储层模型,其结果真实地反映了地质情况。研究表明,基于激光雷达技术的三维数字露头改进了传统的露头建模研究方法,极大地提高了地质模型的精度,能为勘探开发提供有效指导。

逆合成孔径成像激光雷达系统建模及成像仿真

逆合成孔径成像激光雷达能突破传统成像激光雷达扫描体制的限制,实现对运动目标实时高分辨成像,对运动目标的探测与识别具有重要意义。分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨成像原理,并综合考虑系统结构、大气衰减、背景噪声、目标散射特性等多方面因素,建立了仿真模型,对成像流程与分辨能力进行了详细分析。仿真实验证明了逆合成孔径成像激光雷达具有优于微波波段逆合成孔径雷达的成像效果以及文中建立的仿真模型的有效性。