基于机载激光LiDAR的电网巡检应用研究

[目的]对于架空输电线路的巡检运维,利用机载激光LiDAR技术比传统巡检方式完成更高效率、高精度、低成本。[方法]以肇庆供电局架空输电线路巡检运维为项目背景,以直升机机载激光LiDAR技术在电网巡检工程中的应用为研究对象,研究并提出本次数据获取和数据处理所用的关键技术,探讨了机载LiDAR系统在电力巡检中的数据应用模式,并结合实践经验进行归纳总结与展望。[结果]成功验证了机载LiDAR系统在电力巡检中的应用,精确获取电网通道中的危险点信息,包括瞬时工况下的危险点、多工况下的危险点、交叉跨越危险点以及树木倒伏危险点空间信息。[结论]其分析结果可以辅助危险点治理等工作,有效地达到电网安全巡检预期目标。

无人机机载激光LiDAR系统在不动产测绘中的应用

针对传统不动产测绘方式存在效率低、成本高等现实问题,本文充分发挥无人机机载激光LiDAR技术在空间三维数据采集中的优势,提出将无人机机载激光LiDAR技术与不动产测绘项目相结合进行应用试验。以广州市某不动产测绘项目为例,全面探索与分析了基于无人机机载激光LiDAR技术的不动产测绘数据采集、数据处理等过程。通过对基于无人机机载激光LiDAR技术的不动产测绘项目成果精度进行检测,得出成果的平面绝对位置精度、相对位置精度满足成图成果规范要求,验证了基于无人机机载激光LiDAR技术的不动产测绘的可行性,在保证成果精度的前提下提高了工作效率,对项目收益的增加具有重要促进作用,可为行业中相关项目的开展提供一定参考价值。

激光LiDAR数据在三维城市模型中的应用

三维城市模型作为数字城市的一个重要组成部分,它的建立可以拓宽城市规划、设计人员的视角,为城市建筑结构调查、绿地位置设计、道路规划、光照分析、噪声传播和污染研究等提供有效信息,对于城市可持续发展研究具有重要意义。结合生产实际,介绍了激光LiDAR数据在三维城市模型方面的应用,探讨了应用过程中遇到的问题及对策。

机载激光LiDAR数据及应用成果的质量检验方法探讨

目前激光LiDAR技术日臻成熟,已逐步应用于基础测绘1:2000、1:100002D(DEM、DOM)生产之中。在检验实践中,为保证点云成果、航摄成果与2D成果的质量,通过充分利用共享共建的数据,混合采用多种方法、共享数据来检验其成果的质量特性。通过严格检查航线拼接差与适当外业采集高程来检查点云成果;航摄影像通过编写程序,像片按航摄实际情况自动横向、纵向排列,可重点检查像片的重叠度等特性;充分利用可共享的数据资料来检查DEM与DOM成果。总之针对不同的成果,根据其自身的特点,需采用相应的技术工艺等手段来保证其质量特性。

机载激光Lidar技术在公路改扩建中的应用研究

激光Lidar技术作为一项重要工具,在公路的改造与扩建过程中起到了关键作用,这是科技进步带来的显著成效,采用此技术,通过精确采集地形和地物数据,显著提高了项目实施效率以及环境监测效能,一篇文献详尽地通过实例呈现了Lidar技术在公路建设领域中,如何贯穿数据采集与处理的整个流程,并强调了其在增强数据获取效率及精确度方面的关键作用,此技术能够实现对过程的实时监控及分析,从而对决策流程进行优化,为公路改扩建项目提供了创新的技术视角及解决方案。

激光雷达与相机联合标定进展研究

针对激光雷达与相机标定精度会极大地影响定位初始化,融合定位算法对标定参数的准确性非常敏感,会严重降低融合定位算法的性能和可靠性等问题,提出一种激光雷达与相机联合标定分类方法:论述激光雷达与相机联合标定领域的最新的研究进展;重点分析和总结基于特征的标定方法、基于运动的标定方法、基于互信息的标定方法和基于深度学习的标定方法的突出研究成果;总结出4种标定方法的开源代码工具集,并对这4种标定方法的特点、标定精度和自动化程度进行分析比较;最后,展望激光雷达与相机联合标定研究的发展趋势。

GNSS/IMU/LiDAR融合定位研究

为提升低成本卫星接收机和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)条件下传统组合导航定位的抗干扰性和定位精度,本文通过融合GNSS、IMU、激光雷达(laser radar,LiDAR)来提高定位的鲁棒性及定位精度.在高楼遮挡等复杂环境下由于卫星信号丢失导致卫星定位结果降低,可通过GNSS与IMU的组合来提升导航定位的鲁棒性及其精度.如果卫星信号缺失时间过长,那么低成本条件下的GNSS/IMU组合定位精度仍不理想,本文提出利用LiDAR里程计输出的位置信息与传统组合导航通过扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)进行融合定位.实验得出:在无遮挡的环境下融合定位标准差(standard deviation,STD)精度较之卫星定位提升53.7%,均方根误差(root mean square error,RMSE)精度提升56%,较之GNSS/IMU组合定位STD精度提升37.9%,RMSE精度提升38.6%.在有遮挡的环境下融合定位STD精度较之卫星定位提升59.4%,RMSE精度提升71.3%,较之GNSS/IMU组合定位STD精度提升26.3%,RMSE精度提升33.7%.

机载激光雷达在房地一体地形测绘中的应用

本文主要介绍使用机载激光雷达系统在房地一体项目中地形图测量的应用,经过精度验证,满足规范要求,同时提供了丰富的4D产品,充分证明机载激光雷达在房地一体大比例尺地形图测绘中的优越性。

激光扫描技术在岩溶缝洞系统演化研究中的应用

本文根据实际项目需要,利用激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)技术进行5个岩溶缝洞的探测扫描工作,通过对溶洞典型地貌及缝洞特征的点云数据进行研究,探索溶洞典型地貌特征信息表达及实景三维模型构建的技术路径,形成基于激光点云数据的全新表现方式及表达视角。本文为解析现代岩溶缝洞系统演化及改造模式提供科学、丰富的数据支撑,在探索岩溶缝洞资源的开发利用中发挥重要的参考价值。

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。

倾斜摄影测量与激光雷达技术在大比例尺地形图高程精度方向的研究

随着无人机倾斜摄影测量和激光雷达等测绘新技术的快速发展,大比例尺地形图生产作业逐渐向高效率、高精度、低成本转变。倾斜摄影测量与激光雷达技术相结合,可实现植被覆盖区域地形地貌的高精度测量。以某高速公路建设项目1∶1000地形图测制作业为例,通过不同技术方法之间的数据论证对比,探索试验倾斜摄影与激光雷达技术在地形图生产中的整体效率及精度是否满足作业要求,以期为后续项目生产提供技术指导。

无人机激光LiDAR三维测量电力巡线技术研究

无人机搭载激光LiDAR系统进行电力巡线具有受环境影响小、数据精度高等优点，可大幅提高输电线路巡检效率。本文以某500kV输电线路激光LiDAR三维测量巡检项目为背景，以LiDAR技术在工程中的应用为研究对象，研究探讨了机载激光LiDAR系统的关键技术，结合实际经验给出了激光扫描数据获取、处理流程以及线路危险点诊断分析方法，可为无人机激光LiDAR巡线作业提供参考与借鉴。

激光SLAM技术进展

针对近年来,基于激光雷达(LiDAR)的同时定位与地图构建(SLAM)技术在激光传感器技术的更新迭代、运动估计算法的稳定性和准确性、地图优化算法的精度和一致性以及与其他多种传感器深度融合等方面虽已取得显著进展,然而面对运动场景和复杂场景时,基于点云匹配的激光雷达里程计鲁棒性较差,容易失效,大规模场景下的后端优化算法会消耗大量计算资源,无法满足实时性的要求,以及不同场景下回环检测的成本较高且易误匹配等问题,研究分析激光SLAM技术进展:阐述激光雷达系统和激光SLAM框架;并详细介绍激光SLAM的关键技术和模块,针对激光SLAM与视觉SLAM系统开展对比研究;最后结合近年来的研究成果,指出激光SLAM技术在自动驾驶、机器人导航和工业自动化领域具有巨大的应用潜力,未来的研究趋势将集中于多源传感器融合、优化策略的改进以及与场景识别和环境感知技术的结合。

三维LiDAR激光扫描技术在不动产权籍调查中的应用

三维激光雷达(Light Detection and Ranging,Li DAR)系统通过发射和接收激光脉冲,能直接快速获得地表密集的高精度3维激光点云数据,以下简称Li DAR激光点云数据。本文应用车载Li DAR激光点云移动测量技术,结合房产测量系统及测区实际情况,对不动产测绘项目外业数据采集过程进行研究,并详细阐述了利用点云进行不动产外业测量的方法,最后与传统测图方法进行比较。结果表明,车载Li DAR激光点云移动测量技术可以满足不动产测绘的精度要求,而且外业数据采集效率较传统方法提高30多倍。可以为不动产测绘项目生产提供参考和借鉴。

高精度LiDAR技术在活动断层断错地貌研究中的应用——以沂沭断裂带莒县至郯城段为例

郯庐断裂带是我国东部地区最为重要的大型活动断裂之一,具有较强的发震能力,断裂带沿线多处穿过人类活动及聚集的城市。为了研究郯庐断裂带的几何展布及活动性特征,选取郯庐断裂带的沂沭断裂莒县至郯城范围为研究对象,考虑东部地区植被覆盖,采用机载激光雷达和地基激光雷达手段采集了断裂带沿线左山(一步涧)段、钟华山段、岌山段、马陵山段以及蒋家岭等地高精度地形数据,对断裂的滑动分布特征进行分析。通过对测量得到的点云数据进行点云匹配、镶嵌、植物滤除以及不规则三角网建模处理,得到了0.1 m空间分辨率的数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),实现了对断裂微地貌形态的高清晰度三维再现,提取了断裂断错冲沟右旋水平位错量和断层陡坎垂直位错量,结合地质填图和探槽揭露的古地震事件进行验证和对比,对郯庐断裂带莒县至郯城段的断层活动特征进行了定量分析。结果表明,沿断裂带左山(一步涧)段、钟华山段、岌山段和马陵山段的水平和垂直位错量具有分级特征,晚第四纪以来可能发生过多期(3~5次)活动和多次古地震事件。研究成果为进一步研究郯庐断裂运动学和几何学提供了重要依据,同时也说明地基激光雷达和机载激光雷达技术在活动断层研究中有着广泛的应用前景。

基于移动激光扫描的行道树靶标实时检测

针对行道树靶标实时检测的问题,本研究基于随机森林(random forests, RF)的逐点检测算法,建立一个能够实时且准确检测行道树点云的分类器。本研究所用点云为一段230 m的校园人行道,根据点的三维坐标、回波次数和回波强度信息基于立方体邻域提取宽度、深度、高度、次数、强度、维度和密度特征,然后根据这些特征的贡献度大小保留5个特征。对比了邻域搜索算法、点云特征数量、决策树数量和检测算法,并研究了点云密度对分类器性能的影响。结果表明:采用的立方体邻域特征提取时间比球域缩短了11.85%;在筛选特征过程中检测器性能基本稳定,特征筛选后提取特征时间缩短了65.40%,平均每帧点云的特征提取时间仅为24.72 ms;在考虑误差下降梯度和检测时间的前提下,决策树数量定为13;对比基于Boosting算法的行道树检测算法,本研究方法实时性更强;点云密度不断下降直到原来的1/20过程中,检测器性能保持平稳,表明该方法能够有效识别不同密度的行道树点云。本研究方法能够实现行道树靶标实时检测。

多场景机载LiDAR点云单木提取

机载激光雷达(LiDAR)测量技术点云数据采集效率高、覆盖范围大,在树木三维空间采集方面具有显著的优势。本文在城市绿化林地、农村果树林地、山区经济林地这三种典型场景中各选取了一块实验区,采用多级分类的思路,通过粗差点检测、点云滤波、高度阈值分割、平面生长等处理步骤,对整个区域的点云数据进行语义标号,相关的语义类别包括:粗差、地面、植被和建筑物,再使用谱聚类算法对植被类点云进行单木提取。实验结果表明,城市绿化林地树木分布规整,树冠彼此相对独立,检测率最高(83.6%);而农村果树林地存在植被点与房屋点更难区分,低矮树木漏识别多于城市场景,检测率略低于城市场景(81.2%);山区经济林地树木密度最高,树冠相互粘连、遮盖,检测率最低(76.8%)。

基于点云和全景影像的道路全要素模型构建技术研究

为了提高城市道路全要素三维实景模型构建的效率、精度与真实度,本文提出了一种融合激光点云数据、全要素地形图数据、全景影像数据的道路全要素三维实景模型自动化、半自动化构建方案,实现了道路各要素的单体化。以某示范区为例验证了本文提出的道路全要素实景模型构建的可行性与有效性。本文的研究对于城市精细化管理具有积极的帮助作用,其成果的应用与推广对于新型测绘技术的发展具有重要意义。

机载激光雷达和高光谱组合系统的亚热带森林估测遥感试验

为了提高森林的类型识别及生物物理参数反演精度,采用国产机载激光雷达和高光谱组合系统(ALHIS),选择湖北典型亚热带森林开展了航空遥感试验,获取了试验区激光雷达点云、高光谱和CCD影像数据,提取了森林高度和优势树种类别信息。对数据的分析表明,激光雷达林分平均高的估测精度达到90.67%,激光雷达估测平均高与地面实测胸径加权平均高之间显著相关(R2=0.73,RMSE=1.29m)。按照优势树种分类结果进行统计,发现马尾松、栓皮栎和其它树种的林分平均高分别为9.62m、9.30m、8.79m,不同树种之间的林分平均高相差不大。高光谱优势树种识别总体精度达到82.00%(Kappa=0.70),试验区森林和非森林面积所占比例分别为60.01%和39.99%,马尾松、栓皮栎和其它树种面积在森林中所占比例分别为59.77%、24.99%和15.23%。试验证明,ALHIS能够同时获取高分辨率的植被遥感特征数据,以用于森林制图、优势树种/树种组识别、碳储量估算及生态环境建模等研究。

基于地面LIDAR玉树地震地表破裂的三维建模分析

2010年4月14日的玉树MS7.1地震造成沿甘孜-玉树断裂的一系列NW向地表破裂。利用Trimble GX 3D地面激光三维扫描仪获取了玉树地震断裂SE段禅古寺附近的典型地震地表破裂的精细点云数据。在对点云数据进行校正、分割、滤波等预处理基础上,分析了地震地表破裂不同表面建模方式的原理和方法,选取了无投影的不规则三角网建模方式对该处地表破裂进行三维建模实验,结合精配准高清晰现场纹理照片,制作了地震地表破裂的三维图像;并从模型的多个角度选取剖面进行地震地表破裂精细三维量测分析,得到该处地表破裂的平均垂直位移为74cm,水平位移为10cm。在此基础上进一步分析了玉树地震断裂的性质及其破裂特点。