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第1章　绪论 1

1.1 引言 1

1.2　机载激光雷达测量技术的发展与现状 3

1.3　机载激光雷达测量技术的主要应用领域 9

1.4　本书的主要内容 15

第2章　机载激光雷达测量系统 16

2.1 机载激光雷达测量系统组成 16

2.1.1　机载激光雷达测量系统描述 16

2.1.2　激光雷达测距系统 18

2.1.3　动态GNSS定位 20

2.1.4　INS姿态测量系统 23

2.1.5　多天线陈列GPS确定姿态 24

2.2　机载激光雷达测量对地定位原理 26

2.3　机载激光雷达测量技术的特点 27

2.4　机载激光雷达测量技术与其他技术手段的比较 27

2.4.1　机载激光雷达与机载InSAR的比较 27

2.4.2　机载激光雷达测量同航空摄影测量的比较 29

2.5　几种商用机载激光雷达测量系统简介 33

2.6　机载激光雷达测量的工作流程及内业数据处理 36

2.6.1　工作流程 36

2.6.2　内业数据处理 36

2.7　本章小结 39

第3章　机载激光雷达对地定位几何原理 40

3.1 坐标系统 40

3.2　激光扫描测距 42

3.2.1　测距原理 42

3.2.2　扫描方式 43

3.2.3　基本关系式 45

3.3　机载激光雷达测量的几何模型 49

3.3.1　瞬时激光束坐标系转换到激光扫描参考坐标系 49

3.3.2　激光扫描参考坐标系到惯性平台参考坐标系 50

3.3.3　惯性平台参考坐标系到当地水平参考坐标系 51

3.3.4　当地水平参考坐标系到当地垂直参考坐标系 53

3.3.5 当地垂直参考坐标系到WGS-84系 53

3.3.6　机载激光雷达测量综合几何模型 53

3.4　机载激光雷达激光脚点位置求解实例 54

3.5　本章小结 56

第4章　机载激光雷达测量误差处理与分析 57

4.1　机载激光雷达测量误差源分析 57

4.1.1　误差分类 57

4.1.2　激光扫描测距误差 58

4.1.3　GPS动态定位误差 59

4.1.4　INS姿态测量误差 59

4.1.5　动态时延误差 59

4.1.6　二类高程误差 60

4.1.7　扫描角误差 61

4.1.8　激光束发散角所产生的系统误差 61

4.1.9　系统集成综合误差 62

4.2　各种误差的定性和定量分析 63

4.2.1　测距误差 63

4.2.2　瞬时扫描角误差 63

4.2.3　系统安置误差 64

4.2.4　姿态测定误差 65

4.2.5　GPS动态定位误差 65

4.2.6　时间偏差 65

4.3　机载激光雷达各项误差的影响规律 66

4.3.1　测距误差对激光脚点坐标的影响 68

4.3.2　偏移量测定误差对激光脚点坐标的影响 69

4.3.3　系统安置角误差对激光脚点坐标的影响 69

4.3.4　扫描角误差对激光脚点坐标的影响 70

4.3.5　姿态测定误差对激光脚点坐标的影响 70

4.3.6　综合评析 73

4.4　机载激光雷达测量系统检校及消除系统误差的方法 74

4.4.1　内方位元素的测定 74

4.4.2　消除系统误差的方法 76

4.5　分步几何法恢复线扫描系统安置角误差 79

4.5.1　侧滚向安置误差对激光脚点坐标的影响 79

4.5.2　俯仰向安置误差对激光脚点坐标的影响 81

4.5.3　航向安置误差对激光脚点坐标的影响 82

4.5.4　分离安置角误差的方法 83

4.5.5　检校的实现步骤 84

4.5.6　机载激光雷达测量系统安置误差检校算例 85

4.6　机载激光雷达测量的精度评价 88

4.6.1　高程精度评价 89

4.6.2　平面精度评价 89

4.7　本章小结 91

第5章　机载激光雷达测量数据的滤波分类 93

5.1 引言 93

5.2　机载激光雷达测量数据滤波原理 96

5.3 国外现有的滤波方法综述与评价 97

5.3.1　数学形态学方法 97

5.3.2　移动窗口滤波法 98

5.3.3　迭代线性最小二乘内插法 98

5.3.4　基于坡度变化的滤波算法 101

5.3.5　其他滤波分类方法 104

5.3.6　综合评价 104

5.4　移动曲面拟合法滤波 105

5.4.1　算法原理 105

5.4.2　滤波实践 108

5.4.3　综合评价 112

5.5　机载激光雷达测量数据分类分割 113

5.5.1　数据分类分割研究现状 114

5.5.2　基于高程纹理的数据分割 116

5.6 融合激光回波信号强度和激光脚点高程进行分类 118

5.6.1　反射系数与回波信号强度 119

5.6.2　不同介质激光回波信号强度的标定 121

5.6.3　融合处理实例 122

5.7 利用激光脉冲两次回波的高差变化进行分类 123

5.8 机载激光雷达测量数据滤波分类研究展望 126

5.8.1　还有待于解决的问题 127

5.8.2　初步设想 127

5.9　本章小结 128

第6章　机载激光雷达测量的应用实践 129

6.1 引言 129

6.2 利用机载激光雷达测量数据重建DEM/DTM 130

6.2.1　鲁棒回归法 131

6.2.2　鲁棒插值 134

6.2.3　线性预测滤波 134

6.3 利用机载激光雷达测量数据建立三维模型 137

6.3.1　数据处理基本流程 137

6.3.2　离散激光脚点点群分割 140

6.3.3 基于离散激光脚点数据提取城市建筑物的算法及实现 146

6.3.4　用不变矩方法重建规则房屋模型 153

6.3.5　利用机载激光雷达数据建立三维城市模型 164

6.4　利用机载激光雷达数据估计植被参数 166

6.5　本章小结 169

第7章　机载激光雷达强度和距离成像 170

7.1 机载激光雷达回波强度成像 170

7.2　机载激光雷达距离图像的特点 173

7.3　距离成像 174

7.4　距离图像分割 175

7.5　距离图像边缘检测与提取 178

7.6　本章小结 183

第8章　结束语 184

8.1　本书的主要工作和贡献 185

8.2　机载LIDAR技术发展展望 187

参考文献 191