车载激光扫描数据和机载激光扫描数据融合方法开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景

激光雷达（light/laser detect and ranging,lidar/ladar），即激光扫描（lasercsanning），是一种通过位置、距离、角度等观测数据直接获取对象表面点三维坐标，实现地表信息提取和三维场景重建的对地观测技术。独特的工作方式使其具有多方面的优势。例如，与摄影测量技术相比，激光雷达技术避免了投影（三维到二维）带来的信息损失；降低了对地表纹理信息的要求；提高了自动化程度；增强了表现不连续变化信息的能力等。此外，该技术受成像条件影响小，反应时间短，能部分穿透水体、反应对象细节信息等特点也为它的应用开辟了广阔的前景。尽管在某些方面还不够成熟，激光雷达技术已被用户所接受，与摄影测量、高光谱、insar/ifsar等技术一道成为获取地表信息的有效手段。调查结果显示，用户对这种数据的需求正逐步扩大（mondello et al.,2004）^[1]。目前，市场上的激光扫描仪系统处于相当成熟的技术状态，其中大部分技术硬件困难和系统集成问题已经解决^[2]。但是在有些情况下，我们所拥有的数据仅仅是分布在3维空间的离散不规则的“点云”以及各点的强度信息。如何在缺少其他辅助数据的情况下，从lidar数据中提取地物目标，是非常值得探讨的问题^[3]。

随着测绘手段的逐渐进步，测绘数据源也越来越丰富，机载激光扫描数据和车载激光扫描数据已经成为城市地理信息资源重要的两种数据资源，一种是在空中采集，一种是在地面采集，两种数据源在精度、获取范围、获取效率、适用领域上各有所长。机载激光扫描系统一般以 gps、扫描激光测距和惯性导航系统 ins 为主进行集成，利用飞机作为运行平台，它们的重点是获取地面的三维位置，进而快速生成 dsm，是三维位置信息的测量系统。城市是机载激光系统重要的应用领域，利用它可以快速获取城市的三维模型，城市三维模型在城市景观规划、城市通讯、噪声和空气污染的传播、房地产开发等方面很有应用^[4]。

机载lidar系统与其他遥感技术相比较具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等技术特点^[5]。车载激光扫描测量系统以汽车为平台，用激光扫描仪和ccd相机获取物体表面信息，gps动态定位，ins测定系统的姿态参数。因其搭载平台和作业方式的特点，车载系统可以获取建筑物、道路、隧道等城市物体的表面信息，非常适用于城市物体三维空间信息的快速有效获取^[6]。道路是城市基础地理信息的重要组成部分，是车载移动测量系统扫描测量的主要地物信息^[7]。同时，结合高程信息和强度信息，从机载激光扫描数据中自动提取道路的方法，能够较好地提取道路信息^[8]。正因为这些信息的重复性，使得车载激光扫描数据与机载激光扫描数据的融合具有很强的可行性。机载lidar数据和地面lidar数据的融合将为3d数码城市的建设开创更广泛的应用前景^[9]。

2. 研究内容和预期目标

2.1主要研究内容

了解机载激光扫描数据和车载激光扫描数据的相关知识，分析两种数据的重合及多余的部分，研究两种数据的融合方法，从数据精度、数据范围和数据组织方法上分别考虑，描述整理具体的融合方法。熟练使用arcgis及global mapper，深入研究机载激光扫描数据和车载激光扫描数据处理方法，并利用多源数据融合方法来对两种数据进行融合处理。

2.2预期目标

完成激光扫描数据的融合，检验融合精度，并对融合的方法做出总结，作出合理的探讨。在此基础上，利用已融合的数据，建立数字高程模型。

3. 研究的方法与步骤

3.1数据类型

从本质上来说,las格式是一种二进制文件格式。其目的是提供一种开放的格式标准,允许不同的硬件和软件提供商输出可互操作的统一格式。现在las格式文件已成为lidar数据的工业标准格式。

las文件按每条扫描线排列方式存放数据,包括激光点的三维坐标、多次回波信息、强度信息、扫描角度、分类信息、飞行航带信息、飞行姿态信息、项目信息、gps信息、数据点颜色信息等。las格式定义中用到的数据类型遵循1999年ansi(americannationalstandardsinstitute,美国国家标准化协会)c语言标准。

las文件用来包含lidar点数据记录。由软件输出的数据都以这种格式存在。数据格式的目的是提供一个公开的数据格式，使得不同的lidar软硬件工具能够以一个共同的格式输出。

4. 参考文献

[1]梁欣廉，张继贤，李海涛，闫平. 激光雷达数据特点[j].遥感信息，2005,3:71-76.

[2]peter axelsson.processing of laser scanner data—algorithms and applications[j].isprs journal of photogrammetry remote sensing,1999(54):138–147.

[3] 杨海全，余洁，秦昆，张国宁. 基于知识的lidar数据地物提取研究[j].测绘通报，2006,12：9-11,15.

5. 计划与进度安排

5.1研究工作准备阶段（2018.3.10——2018.3.31）：

2022.3.10——2022.3.20准备工作阶段，包括查阅资料、实验数据收集等；

2022.3.21——2022.3.31开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。

5.2研究工作开展阶段（2018.4.1——2018.5.10）：

2022.4.1——2022.4.20数据处理分析；