机载LiDAR数据的电力塔建模方法研究

电力塔作为电力传输中的重要设备,以及电力设备检测和管理的重要支持,其提取与可视化建模具有巨大的实际应用价值。在此方面,传统的量测与制作手段存在周期长、人力和财力耗费大的不足。机载LiDAR系统作为一种主动式的测量传感器在近十几年来取了快速的发展,其获取的高精度、高密度的三维点云使得快速高效的电力塔建模成为可能。提出了一种基于机载LiDAR点云数据的电力塔建模方法,其通过检测电力线对的连接点定位和提取电力塔,通过建立三维空间格网、利用二值图像轮廓跟踪的方法跟踪三维线结构,并由三维空间线特征建成电力塔三维模型。实验证明:此方法所建立的模型完整度高,能够保留点云所描述的三维空间位置以及拓扑特征,是可行和有效的。该成果可以有效地应用于电力设备管理与监测以及数字城市等可视化系统。     

基于LiDAR技术的单个建筑物信息提取研究

利用机载激光雷达测量（LiDAR）等先进的遥测技术辅助进行洪水灾害的预警、评估和灾后重建是目前水利研究的热点。首先介绍了建筑物信息提取的主要方法,提出了基于机载LiDAR技术对单个建筑物信息进行提取的方法。利用LiDAR点云得到nDSM,并借助ArcGIS软件获取建筑的高度和面积信息,并对如何提高精度进行了分析和评价。结果表明,该方法能够满足精度要求,对于建筑物洪水灾害评估有重要的意义。     

机载LiDAR在山区型河道地形测绘中的适用性研究

河道地形是河流保护与利用的基础支撑资料,采用传统手段测绘山区河道地形具有作业风险高、难度大、效率低等不足,采用航测手段则具有高程精度低、植被覆盖地面信息无法获取等不足。机载LiDAR具有较强的植被穿透性,结合影像与激光的优势,可以很好解决以往山区河道地形作业方式的不足。与其他作业区域相比,地形坡度、植被覆盖度会影响机载LiDAR在山区河道地形测绘中的作业精度。为研究机载LiDAR在山区型河道地形测绘中的适用性,首次提出了按地形类别、地表覆盖物对典型山区河段进行机载LiDAR植被穿透性、作业精度研究。研究结果表明:(1)机载LiDAR获取影像平面精度优于点云,可充分结合影像平面精度高、激光点云高程精度高及丰富地表信息表达方式的优势;(2)机载LiDAR具有良好的植被穿透性;(3)点云高程精度受地形坡度、植被覆盖率影响,坡度越大、植被越密集,精度越低;(4)点云等高线由不经抽稀的点云生成,等高线精度与点云精度接近;(5)机载LiDAR在在山区型河道地形测绘具有较好的适用性。     

机载LiDAR技术在高速公路勘测中的应用

针对当前高速公路建设工期短、建设环境复杂的特点,介绍了机载LiDAR(Light detection and ranging,激光雷达)技术及其在高速公路勘测中的应用情况.实践表明,机载LiDAR能够快速为高速公路勘察设计提供高精度的数字化地理产品,具有良好的应用前景.     

基于TIN的LiDAR地面点云数据简化方法研究

机载LiDAR点云数据的简化虽属数据辅助处理的范畴,但对提高庞大点云数据后处理效率起着重要作用.将TIN迭代加密方法引入机载LiDAR地面点云数据简化中；对平坦地形直接简化,对复杂地形则提取山谷线、山脊线,将获得的特征点作为种子点加入TIN加密迭代简化方法中.实验证明,该方法能够在保证数据精度的前提下,简化点云数据.     

机载LiDAR测量技术在潮间带测量中的应用

弄清潮间带地形对于开发和利用滩涂具有基础支撑作用,但受潮间带淤泥质底质、涨潮时浅水覆盖和部分区域植被覆盖等因素的影响,利用现有的地形测量方法获得滩涂地形信息十分困难。为此,提出了利用机载激光(LiDAR)在潮间带开展地形测量的新方法。首先,给出了机载激光在滩涂干出部分的地形测量原理,并将机载激光测量系统应用于启东潮间带地形测量,取得了优于10 cm的地形高程测量精度;然后,介绍了机载激光在潮间带浅水深地形测量的原理,并分析了我国机载LiDAR测深的发展现状,列举了机载激光测深系统应用于水深测量的案例。研究结果表明,机载激光是获取潮间带地形的一种有效手段。     

基于特征差异的机载LiDAR侵蚀沟点云分割方法

为克服数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)提取侵蚀沟特征的局限性,提出一种基于机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)点云的不同尺度下的表面特征差异侵蚀沟点云分割方法。该方法首先对侵蚀沟点云进行特征分析,在对点云预处理的基础上,基于不同尺度获取点云表面特征差异,再结合曲率阈值方法分割得到初始侵蚀沟,最后基于聚类分析得到侵蚀沟点云。试验结果表明,该方法能够精确地从机载LiDAR点云中分割得到侵蚀沟,为侵蚀沟的定量评价提供了一种新思路。     

应用于基础测绘的机载LiDAR高程精度方法研究

机载LiDAR是近些年发展起来的一种主动式对地观测新技术,代表着高效获取空间数据的发展方向。该技术在三维空间信息的实时获取方面取得了重大突破,为获取高时空分辨率地球空间信息提供了一种全新的技术手段。它具有自动化程度高、受天气影响小、数据生产周期短、精度高等特点。本文以实验区为基础,通过神经网络算法,提高了机载LiDAR测高数据的精度,并对实验区内数据进行具体分析,得出一些有益的结论。     

LiDAR测量技术在高陂水利枢纽工程中的应用

水利枢纽工程通常具有范围大、地形复杂等特点,应用机载激光雷达(LiDAR)测量技术能快速获取大面积目标空间信息,提高测量效率。机载激光测量(LiDAR)技术是直接采集并获取数码影像数据和激光点云数据,在此基础上经过后期加工和处理,得到DSM、DEM、DOM等数据产品的测量技术,在一些相关专业软件的辅助下,还可以其制作其他数据产品,如三维电子沙盘,生成测区三维景观,可以大大提高水利设计的直观度。     

低空机载LiDAR水面点云自适应分类算法研究

水陆点云分类是DTM生成、河流岸线提取等低空机载LiDAR应用领域面临的新问题,然而在岸滩等复杂扫描场景中,水陆点云的准确分类是一个公认的难题。在分析目前点云分类存在的缺陷基础上,提出了一种多元特征统计的自适应水陆LiDAR点云分类算法,该算法通过分析低空机载LiDAR水面点云的特点,针对性地设计了点云坡度、密度特征描述子;引入贝叶斯定理,建立了高程、坡度、密度隶属度函数;通过水、陆独立样本的t检验,确定隶属度函数的自适应权重;最终得到一个多元特征统计的分类模型,并基于训练样本的概率密度统计,确定了模型的自适应分类阈值。典型应用实例表明,在存在岸滩、内陆平地等复杂地形条件下,新算法都能达到99%以上的水陆点云分类精度。     

激光点云中电力线的提取和建模方法研究

当利用LiDAR激光点云进行电力线路危险点检测时,需要对电力线进行建模。为此提出了一种在激光点云中提取电力线并建模的算法。该算法首先利用激光雷达回波信息和电力线在三维空间中的线性特征,过滤掉大部分非电力线的点,然后在点云的XY平面内利用霍夫变换提取最长且相互平行的线性地物作为电力线,连接因数据遮蔽而造成的段线,并利用线的交点和沿线小网格内高程变化特征找出杆塔位置,最后在电力线断面内对多根电力线进行分割,分别计算悬链线模型。基于云南某500 kV线路实际数据的实验表明,该方法自动化程度高,电力线提取和建模准确度高。针对进一步提高该算法的通用性和自动化程度,提出了下一步的研究方向。     

基于MATLAB-UG的混流式水轮机叶片三维建模

针对冷却塔专用混流式水轮机流道狭长、叶片空间几何形状复杂,三维建模难度较大的问题,结合某冷却塔专用超低比转速水轮机设计工程案例,以转轮二元设计理论(ωu=0)为基础,利用MATLAB软件计算出转轮叶片的骨线,并对翼型骨线进行展开加厚,最后借助于UG软件的三维建模功能,生成光滑的三维叶片模型。结果表明,采用该方法进行转轮叶片的三维建模,所生成的叶片光顺、无褶皱,能够精确地反映出叶片的空间流性,提高了转轮叶片的生成效率和精度,可为后续开展水轮机的CFD分析和性能优化提供有力的支撑。     

基于红黑树与K-D树的LiDAR数据组织管理

LiDAR点云是由海量的激光离散脚点组成的三维点集,在平面以及垂直方向上均分布有数量不均的离散点。LiDAR点云离散点相互之间缺乏空间拓扑关系,所以建立适当的数据组织结构对LiDAR点云进行组织是对LiDAR点云进行处理的基础。根据LiDAR点云的数据结构特点,利用红黑树与K-D树建立一种"非空"规则立方体格网和K-D树相结合的双层次数据结构,用于LiDAR点云的组织管理,从而降低结构冗余和提高索引效率。     

利用机载双激光测深反演近岸水体含沙量的方法

为解决利用机载激光测深(Airborne LiDAR bathymetry, ALB)波形数据估计水体含沙量(Suspended Sediment Concentration, SSC)难题,提出了一种利用ALB三维点云数据反演水体含沙量的新方法。首先,基于绿激光水面点和红外激光水面点计算绿激光水面穿透量;其次,利用实测水体含沙量及对应绿激光水面穿透量构建SSC经验模型;最后,基于构建的SSC经验模型实现了利用ALB三维点云的水体含沙量估计。实验验证了该方法的有效性,取得了优于20 mg/L的SSC反演精度,为水体含沙量信息的高精度、大区域面获取提供了一种新途径。     

Using airborne scanning laser altimetry (LiDAR) to estimate surface connectivity of floodplain water bodies

This study tested the applicability of airborne scanning laser altimetry (LiDAR) for characterizing surface connectivity of floodplain water bodies by comparing it with in situ measurements of water levels, and examined whether LiDAR derived data accurately predicted the occurrence of globally imperilled unionid mussels. We intensively examined 10 isolated and 3 connected floodplain water bodies (IWBs and CWBs, respectively) located within a 15‐km lowland segment of the Kiso River in Japan. Using a digital elevation model (DEM) of floodplain ground surface, which is derived from LiDAR, and water surface DEM, which is obtained from records of water level fluctuations, the frequency of surface connectivity between IWBs and the main channel (inundation frequency) was calculated. Inundation frequency of IWBs was also measured in situ using water level and temperature probes. Also, the occurrence of mussels in CWBs and IWBs were examined. LiDAR derived data well predicted in situ derived one with a high level of accuracy (r² > 0.77), validating the LiDAR‐based approach. Some errors existed in the predictive model, indicating that the applicability of LiDAR data is limited by its spatial resolution and snapshot nature. The occurrence of mussels was positively explained by an increasing level of inundation frequency, and the high accuracies of empirical models were validated using data for other 67 water bodies within the study segment. This study overall demonstrated a high potential of LiDAR data for efficiently monitoring hydrological and biological conditions of floodplain water bodies in the Kiso River and beyond. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维GIS技术在输电线路状态监测中的研究与应用

实施输电线路状态在线监测是保证线路安全、可靠供电主要措施之一,文章介绍了输电线路状态在线监测系统的建设方法,应用三维GIS技术实现了线路走廊可视化,并且应用模型简化技术、渐进式编码与流传输技术、空间粒子系统技术等实现了监测设备和监测数据的三维可视化,最后提出了在线监测数据的空间分析模型。     

影像建模和激光扫描技术融合在溶洞建模的研究与实践

由于溶洞的结构复杂和环境的特殊性,较之传统手工测绘技术,三维激光扫描技术具有高精度、高效、高密度数据获取优势。该技术虽能快速获取溶洞整体的三维点云数据,但由于激光点云精度的局限性,未能达到对溶洞内部分石刻和雕塑的扫描要求。针对该问题,采用了三维激光扫描和影像建模技术融合的方法以达到优势互补。介绍了2种技术各自的优势和特点,从其工作原理和数据获取、数据处理流程入手,研究通过技术融合的方法重建溶洞三维立体模型,最后评估分析了配准后模型的接缝偏差。研究结果表明该方法能够高效率地建立效果逼真,且满足不同精度要求的三维溶洞模型,验证了三维激光扫描技术和影像建模融合应用于溶洞建模和测量的可行性。     

三维GIS在电网工程设计运行过程中的应用研究

针对当前GIS技术发展以及电力系统输电线路设计、运营管理需求的特点,文章介绍了地理信息系统(GIS)在电网建设中的应用情况和发展状况, 并介绍了运营三维GIS系统所需要的基础数据.同时从架空送电线路以及变电站设计和建设的多个角度分析了三维GIS系统在电网设计与运行维护中的应用模式.