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內(nèi)容簡介:《侵蝕溝地面激光掃描與無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)》針對實(shí)際需求，總結(jié)地面激光雷達(dá)和無人機(jī)技術(shù)在黃土高原侵蝕溝監(jiān)測及水土保持方面的新研究成果。在地面激光雷達(dá)應(yīng)用方面，系統(tǒng)介紹利用地面激光雷達(dá)獲取侵蝕溝三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理、DEM構(gòu)建、地形特征提取以及侵蝕泥沙量估算的方法，并通過實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。在無人機(jī)應(yīng)用方面，介紹圖像三維建模的原理與方法，詳細(xì)闡述無人機(jī)監(jiān)測侵蝕溝過程中的圖像獲取、外業(yè)實(shí)施、內(nèi)業(yè)處理、三維模型建立及精度分析的方法，并在野外侵蝕溝監(jiān)測中進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證與分析討論。

作者簡介:

目錄:目錄
前言
第1章 緒論 1 
1.1 侵蝕溝監(jiān)測的目的和意義 1 
1.2 侵蝕溝監(jiān)測的內(nèi)容和要求 2 
1.2.1 侵蝕溝監(jiān)測的內(nèi)容 2 
1.2.2 侵蝕溝監(jiān)測的要求 4 
1.3 常見侵蝕溝監(jiān)測技術(shù) 4 
1.3.1 傳統(tǒng)皮尺、坡度計(jì)監(jiān)測與地形剖面測量儀 4 
1.3.2 侵蝕針監(jiān)測 5 
1.3.3 遙感監(jiān)測 5 
1.3.4 高精度GPS 監(jiān)測 8 
1.4 地面三維激光掃描技術(shù) 9 
1.4.1 三維激光掃描技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 9 
1.4.2 地面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于侵蝕溝監(jiān)測的幾個難點(diǎn)問題 10 
1.5 無人機(jī)圖像三維建模技術(shù) 12 
1.5.1 無人機(jī)圖像三維建模技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 12 
1.5.2 無人機(jī)圖像三維建模技術(shù)應(yīng)用于侵蝕溝監(jiān)測的幾個難點(diǎn)問題 13 
參考文獻(xiàn) 14 
第2章 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理 18 
2.1 地面激光掃描系統(tǒng)簡介 18 
2.1.1 激光掃描定位原理 20 
2.1.2 激光掃描點(diǎn)坐標(biāo)精度 21 
2.1.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特點(diǎn) 23 
2.2 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取 24 
2.2.1 點(diǎn)云采集與處理作業(yè)流程 24 
2.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集 26 
2.3 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)拼接 29 
2.3.1 無特征的點(diǎn)云配準(zhǔn)拼接原理 29 
2.3.2 基于特征的點(diǎn)云配準(zhǔn)拼接原理 30 
2.3.3 點(diǎn)云配準(zhǔn)拼接實(shí)例 32 
2.4 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的濾波去噪 34 
2.4.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的噪聲來源 35 
2.4.2 點(diǎn)云濾波方法 35 
2.4.3 點(diǎn)云濾波的精度評定 36 
2.4.4 融合回光強(qiáng)度的表面擬合濾波算法 40 
2.5 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的空洞修補(bǔ) 51 
2.5.1 研究現(xiàn)狀 51 
2.5.2 空洞邊界提取經(jīng)典算法 52 
2.5.3 基于Loop細(xì)分的點(diǎn)云空洞填補(bǔ) 54 
2.5.4 基于Loop細(xì)分的點(diǎn)云空洞填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)與分析 56 
2.6 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的壓縮抽稀 62 
2.6.1 面向地形數(shù)據(jù)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮抽稀算法 63 
2.6.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)壓縮抽稀實(shí)例 64 
2.7 激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的誤差對精度的影響 66 
2.7.1 地面激光掃描誤差分析 66 
2.7.2 點(diǎn)云配準(zhǔn)誤差傳播模型 66 
參考文獻(xiàn) 70 
第3章 三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的DEM 構(gòu)建 72 
3.1 DEM插值算法 72 
3.2 構(gòu)建實(shí)驗(yàn)區(qū)DEM 74 
3.2.1 數(shù)據(jù)檢驗(yàn) 74 
3.2.2 DEM構(gòu)建 76 
3.2.3 DEM精度評定 78 
參考文獻(xiàn) 81 
第4章 點(diǎn)云地形特征提取 82 
4.1 基于DEM的地形特征提取 82 
4.1.1 地物提取與分析 82 
4.1.2 侵蝕特征提取及分析 83 
4.2 基于魯棒統(tǒng)計(jì)的點(diǎn)云法向量估計(jì) 84 
4.2.1 相關(guān)研究 85 
4.2.2 提出的算法 87 
4.2.3 實(shí)驗(yàn)與分析 92 
4.3 基于LiDAR點(diǎn)云的曲率計(jì)算 98 
4.3.1 基于MLS法的曲率計(jì)算原理 99 
4.3.2 基于MLS法的曲率計(jì)算方法 100 
4.4 基于LiDAR點(diǎn)云的谷脊線提取 104 
4.4.1 點(diǎn)云特征線提取研究現(xiàn)狀 104 
4.4.2 谷脊線的曲率特性 105 
4.4.3 谷脊線提取算法描述 107 
4.4.4 曲面擬合點(diǎn)云鄰域點(diǎn)選擇 108 
4.4.5 谷脊點(diǎn)的判定 108 
4.4.6 谷脊點(diǎn)的平滑收縮與谷脊線的生成 109 
4.4.7 實(shí)驗(yàn)與分析 111 
參考文獻(xiàn) 118 
第5章 基于地面三維激光掃描點(diǎn)云的侵蝕溝變化分析 121 
5.1 研究現(xiàn)狀 121 
5.1.1 侵蝕溝變化分析的研究與發(fā)展 121 
5.1.2 基于地面激光點(diǎn)云的地形變化分析方法與分類 122 
5.1.3 基于點(diǎn)云的地形變化判定 124 
5.2 研究區(qū)域與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 125 
5.3 基于點(diǎn)到點(diǎn)距離的點(diǎn)云變化比較算法 126 
5.3.1 算法原理 126 
5.3.2 算法描述 127 
5.3.3 實(shí)驗(yàn)與分析 127 
5.4 基于點(diǎn)到模型距離的點(diǎn)云變化比較算法 130 
5.4.1 算法原理 130 
5.4.2 算法描述 130 
5.4.3 實(shí)驗(yàn)與分析 131 
5.5 基于多尺度模型到模型距離的點(diǎn)云變化比較算法 135 
5.5.1 算法原理 135 
5.5.2 算法描述 136 
5.5.3 關(guān)鍵步驟與參數(shù) 137 
5.5.4 實(shí)驗(yàn)與分析 140 
5.6 侵蝕溝泥沙負(fù)載量的估算及不確定性分析 149 
5.6.1 測量過程隨機(jī)誤差 149 
5.6.2 泥沙負(fù)載量不確定性及修正方法原理 150 
5.6.3 結(jié)果與分析 154 
參考文獻(xiàn) 160 
第6章 基于圖像重建技術(shù)建立三維地面模型 161 
6.1 基于圖像重建技術(shù)建立三維地面模型的技術(shù)路線 161 
6.2 基于匹配特征點(diǎn)的稀疏重建 162 
6.2.1 特征點(diǎn)檢測及常用算法 163 
6.2.2 SIFT特征提取與匹配 164 
6.2.3 Harris角點(diǎn)檢測 166 
6.2.4 融合Harris特征的SIFT描述與匹配 168 
6.2.5 光束法平差 173 
6.2.6 SFM計(jì)算流程 173 
6.3 稠密重建及DEM構(gòu)建 176 
6.3.1 稠密重建 176 
6.3.2 針對三維地形重建的改進(jìn)面片擴(kuò)展方法 177 
6.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析 182 
6.4.1 室內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析 182 
6.4.2 切溝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析 189 
參考文獻(xiàn) 191 
第7章 基于無人機(jī)的切溝三維建模與分析 194 
7.1 實(shí)驗(yàn)流程 194 
7.2 實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)備與軟件工具 197 
7.2.1 無人機(jī)——DJI Inspire 1 197 
7.2.2 RTK GPS——FIOF A30 198 
7.2.3 航路規(guī)劃軟件——Pix4D capture 198 
7.2.4 三維建模軟件——Agisoft PhotoScan 199 
7.3 實(shí)驗(yàn)區(qū)域情況 200 
7.3.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 200 
7.3.2 切溝情況 200 
7.4 外業(yè)實(shí)施過程 201 
7.4.1 航路規(guī)劃與執(zhí)行 201 
7.4.2 地面控制點(diǎn)布置與量測 208 
7.5 內(nèi)業(yè)處理過程 210 
7.5.1 相機(jī)模型與校準(zhǔn) 210 
7.5.2 航圖導(dǎo)入與檢查 213 
7.5.3 POS信息處理 215 
7.5.4 相機(jī)內(nèi)/外參數(shù)解算 216 
7.5.5 連接點(diǎn)的編輯與修整 217 
7.5.6 相機(jī)參數(shù)優(yōu)化 218 
7.5.7 空間配準(zhǔn) 221 
7.5.8 稠密點(diǎn)云構(gòu)建 222 
7.5.9 柵格高程模型構(gòu)建 222 
7.5.10 三角網(wǎng)格構(gòu)建 223 
7.5.11 紋理映射 224 
7.5.12 正射影像 225 
7.6 獨(dú)立切溝實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(傾斜攝影) 225 
7.6.1 航圖獲取 225 
7.6.2 POS信息處理 227 
7.6.3 地面控制點(diǎn)量測 227 
7.6.4 相機(jī)參數(shù)解算 228 
7.6.5 地面控制點(diǎn)標(biāo)記 231 
7.6.6 相機(jī)參數(shù)優(yōu)化 232 
7.6.7 稠密點(diǎn)云構(gòu)建 236 
7.6.8 DEM模型構(gòu)建 237 
7.6.9 TIN模型構(gòu)建 238 
7.6.10 正射影像構(gòu)建 239 
7.7 整體溝系實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析(正射攝影) 239 
7.7.1 航圖獲取 239 
7.7.2 POS信息處理 240 
7.7.3 地面控制點(diǎn)量測 240 
7.7.4 相機(jī)參數(shù)解算與優(yōu)化 241 
7.7.5 DEM模型構(gòu)建 244 
7.7.6 正射影像生成 244 
參考文獻(xiàn) 246