机载激光测深后向散射光雷达方程

根据《海水中光束传播唯象模型》和水下辐射度反射率定律，将海水中任一深度的激光束，分为准直光部分和非准直光（散射）部分，并分别计算机载光学接收系统接收到的准直部分和非准直部分的后向散射功率，建立了机载激光测深系统后向散射光雷达方程。通过对该雷达方程的分析，得到了当海水深度以衰减长度的个数表示时，机载激光测深系统接收到的海水后向散射光功率最大值点对应的水深与海水的单粒子反照率有关，而与海水的衰减系数无关的结论，以此可测定海水散射系数、吸收系数。文中也分析了系统视场角对后向散射包络的影响，阐述了后向散射包络以有效衰减系数指数衰减，而不是以光束衰减系数指数衰减。     

车载激光雷达探测低层大气中NO_2

在北京城区和城郊利用第二代车载测污激光雷达(AML-2)进行了外场测量实验,利用差分吸收技术从垂直、水平方向分别给出了低层大气中污染物NO2的典型测量数据。结果表明:城区的NO2浓度明显高于城郊地区的水平,并且也证实了利用该系统可以有效地监测低层大气的污染情况,为空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段。     

激光测风雷达二维扫描控制系统的实现

二维扫描系统使得激光出射方向和光学接收光轴同时精确指向设定方向,进而测量多方位的风速数据。介绍了激光测风雷达二维扫描控制系统组成,重点讨论了系统运用步进电机进行驱动的电路特点以及采取的可靠性技术措施,包括硬件措施和软件措施,分析了该系统的先进性、可靠性以及智能化特点。该控制系统已经成功地安装在中国科学院安徽光机所的激光测风雷达上,经过了一年半的实际运行,其控制精度、运行速度完全满足激光测风雷达的测量要求。     

二次散射对脉冲激光雷达回波功率的影响

理论上分析了二次散射对大气脉冲激光雷达回波功率的影响并提出一种计算方法。采用某型大气激光雷达的测试结果与理论计算具有较强的一致性,证明了理论结果的正确性。根据二次散射回波信号的特点,选用适当的滤波方法将其影响降至最低。二次散射的理论计算解释了实测中发现的＂纹波＂现象,纹波的幅度和频率与雷达自身特性及粒子特性相关,其衰减速度较单次散射慢得多。因此对于大气探测具有进一步研究的重要价值。     

基于IMU与激光雷达紧耦合的混合匹配算法

针对线、面特征匹配的激光雷达测距与地图构建算法(Lightweight and Ground-Optimized Lidar Odometry And Mapping,LeGO-LOAM)在自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)室内室外实时建图与定位时,易出现激光里程计累积误差大和旋转估计不准确等问题,本工作采用惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)与激光雷达紧耦合的LeGO-LOAM算法,通过IMU为激光雷达提供的初始位姿信息,构建IMU与激光雷达联合误差函数,实现位姿共同迭代优化.其中,对于室外结构化信息较少时,在点对点的迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)较高定位精度的基础上,结合LeGO-LOAM算法和ICP算法互补性,进一步提出基于IMU与激光雷达紧耦合的混合匹配算法:当环境中结构信息较多时,激光里程计采用LeGO-LOAM算法,而当环境中结构化信息较少时采用ICP算法.实验结果表明,基于IMU与激光雷达紧耦合的混合匹配算法可有效降低激光里程计相对位姿误差和累积误差,提高AGV小车定位精度以消除部分地图重影.     

面向车路协同的路侧感知仿真系统

路侧感知是车路协同应用开发的重要组成部分,通过在路侧部署传感器,将采集到的路面信息经V2X通信给到车辆,使车辆拥有超视距的感知能力.在实际应用中,为达到最优的路侧感知效果,不同的场景往往需要不同的RSU配置,RSU的选型及安装是一个耗时耗力的过程.交通参与者的识别是路侧感知的核心,基于机器学习的识别算法需要大量的标签数据,而人工打标签被验证是一个效率极其低下的方式.通过构建路侧感知仿真系统可以很好地解决RSU配置及样本数据生成的问题,实验一通过在仿真系统中调整激光雷达的高度和角度,得到极端情况下的车辆遮挡情况,从而为激光雷达的实际安装高度提供参考,实验二在仿真环境中输出带标签的激光雷达点云数据,通过与实际采集的点云数据进行融合对比,验证仿真系统输出的激光雷达点云数据可以作为模型训练的数据补充.     

Geomorphic comparison of two Atlantic coastal rivers: Toward an understanding of physical controls on Atlantic salmon habitat

River channel substrate size and mobility are important to Atlantic salmon spawning and rearing success. We compare morphology and bed sediment between two North American Atlantic coastal streams (Narraguagus River, Maine, USA and Jacquet River, New Brunswick, Canada). The watersheds have similar drainage areas and mean annual precipitation, but differing relief structure, channel longitudinal profiles and numbers of returning salmon. The lower‐relief Narraguagus River is segmented into steeper (gradient >0.002) and flatter reaches (gradient <0.0005). Flat reaches, including mainstem lakes, act as sediment sinks, preventing the continuity of downstream sediment transport. Based on field measurements, the Narraguagus River has a larger high‐flow width to depth ratio than the Jacquet River, but this difference is principally the result of outliers from low‐gradient channel reaches. Measurements of substrate grain size reveal finer river‐bed sediments on the Narraguagus River, however, Shields parameter calculations indicate that bed sediment should be mobile during high flows in both streams. We use the Shields equation to predict grain size based on channel slope, width and drainage area measured from digital elevation models (DEM) and aerial photographs. Predictions of median grain size agree with field measurements within a factor of 2 for 62–70% of the survey stations. We suggest ways that model misfits may provide opportunities to prioritize reach‐based restoration efforts. Based on expected grain size, we estimate 62% spawning and 68% rearing habitat along the length of the Narraguagus River, and 28 and 95% respectively on the Jacquet. Overall, glacial history and relief structure appear to be the first‐order controls on substrate grain size and habitat quality in these two rivers. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

激光雷达的多源数据融合点云分类算法研究

根据单档输电线空间分布特性,提出了改进随机采样一致的输电线点云分割方法。首先优化初始样本点选择原则、引入最小二乘原理参数求解等改进策略,提高了随机采样一致性算法输电线模型重建精度;然后以直线-抛物线方程为单根输电线识别的约束条件,利用逐根提取方式实现输电线激光点云分割。选择两组典型代表性的机载激光点云数据进行实验分析,该方法有效解决了数据缺失、点云噪声等复杂背景环境的输电线激光点云分割,准确率、召回率和整体精度最小值分别为99.19%、99.25%、99.10%。较之已有方法,本文方法具有点云分割精度高、算法普适性强的优势;随机采样一致性(RANSAC)算法是常见的激光点云分割方法,但该算法推广至输电线场景时存在点云分割效率低、抗噪性差等不足,不利于高精度的输电线模型重建及后续线路风险检测。     

山地地理测绘勘探中反射式激光雷达回波特征优化

地理测绘勘探激光雷达回波特征在山地区域应用,会出现光斑回波叠加,导致坐标混乱,特征监测效果差。本研究结合反射式激光雷达,在采集山地地理特征光斑数据的基础上,优化设计反射式激光雷达在山地地理测绘勘探中的应用过程,并确定其相关参数。通过分区对山地地理一一扫描,整合扫描结果,采集该山地地理特征的激光雷达回波数据。设计一种光斑回波波形分解模型,通过分解处理获取地理特征,去除光斑回波叠加干扰,在通过坐标和高程转换,解决坐标混乱问题,完成特征的监控。实验结果表明：该方法与传统的方法比较,能够更加有效监测出山地地理的变形量,监测效果好、监测性能较高。     

基于REAL气溶胶激光雷达在站比对标定技术研究

年3月—11月,利用经过欧洲激光雷达标校中心认证的移动REAL 标准气溶胶激 光雷达,开展了迄今为止国内最大规模的激光雷达在站比对标定。本文首先介绍了一种组网 激光雷达在站比对标定方法,然后将REAL雷达与北京、上海、广州3个城市相关站点的12 部气溶胶激光雷达在532 nm波长下开展了首次在站比对标定。根据预 先设定的指标对其中按照 气象探测中心(meteorological observation center,MOC)要求完成软硬件标定的11部雷达进行了定量评估。结果表明11部雷达基本满 足指标要求,其中9部雷达P/S通道2—5 km系统偏差(system deviation,SD)均在±20%以内,超过50%的被标雷达P 通道0.5—2 km系统偏差基本满足±10%以内。 通过在站比对标定技术可以有效识别P/S通道 串扰、探测器饱和等问题,确 定了超大城市试验中被标雷达可信数据的范围,为气溶胶激光 雷达业务化定量应用提供了技术支撑。