基于海底回波增强的机载LiDAR测深水体旅行时提取算法

机载LiDAR测深(Airborne LiDAR Bathymetry, ALB)技术具有高精度、高效率、强机动性、水陆两用等优势,特别适合海岸带、海岛礁等浅水海域复杂地形的快速探测。激光穿透水体时能量将迅速衰减,导致部分海底回波难以有效提取,海底真实位置判别困难。为此,本文提出一种基于回波增强的机载LiDAR测深水体旅行时提取算法。通过Gold去卷积算法来恢复目标横截面形状,确定海底初始回波范围;随后采用双指数函数拟合水体后向散射有效范围,进而求取波形漫衰减系数Kd值;最后结合海底激光雷达方程,利用K_(d)值对海底初始回波范围内波形进行增强,并利用高斯函数分解增强后回波,确定海底位置参数,从而实现ALB波形的水体旅行时提取。利用青岛胶州湾RIEGL VQ-840-G ALB实验数据对本文算法的可行性进行验证,将本文算法与理查德森-露西(Richardson-Lucy,RL)去卷积模型、峰值探测模型进行了比对,结果表明本文算法与单波束同名点之间高程误差的均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为18.5 cm,较上述两种算法分别降低了29.9%、41.4%。因此,本文算法具有可行性,能够满足ALB波形的水体旅行时高精度提取,可为机载LiDAR测深数据精细化处理提供一定技术支撑。