LiDAR数据处理与林木参数提取系统设计

发布时间：2017-06-04 11:18

  本文关键词：LiDAR数据处理与林木参数提取系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：地面三维激光扫描仪在获取林木点云数据几何参数信息上具有简单方便、高精度、高时效性等特点,这使得针对林木激光点云数据的研究和应用备受关注。但目前针对激光点云数据的集可视化和处理算法于一体的成熟系统软件较少,尤其缺乏林木点云数据处理与分析系统。鉴于这一现状,本文在深入研究与分析.NET开发平台和Direct X(Direct eXtension,简称DX或Direct X)11.0三维可视化引擎基础上,围绕LiDAR(Light Detection and Ranging,激光雷达)点云数据配准和数据处理系统框架构建以及功能设计,探讨和实现了点云数据配准的传统和改进算法,最后通过对三维可视化交互操作、数据处理与林木参数提取算法以及基本功能的集成,完成了针对树木的点云数据处理和参数提取系统的设计和开发。论文的主要成果和结论为:(1)改进了基于KD(K-Dimensional)树的ICP(Iterative Closest Point,迭代就近点)算法,实现了对林木点云数据的快速精确配准。通过对基于奇异值分解的粗配准方法和基于标靶中心精确定位的配准方法的讨论和实验,结果表明这两种方法分别在配准精度和应用范围上存在一定的不足;而后提出了一种改进型基于KD树的ICP算法并进行单木激光点云数据精配准实验,结果表明与传统ICP算法相比,改进后算法提高了配准精度、缩短了配准时间。(2)在分析点云数据三维可视化和交互操作理论的基础上,以.NET为开发平台,以Direct X11.0为三维可视化引擎,在Visual Studio 2010开发环境下选择C#语言进行系统功能模块的设计和开发。主要功能有文件选项、摄像机设置、视图和投影变换、点查询和多点选择、格式转换、旋转中心设置、点云着色和对应的柱状图和饼状图统计分析、包围球显示、点高亮显示等基本功能以及点云数据配准和林木参数提取。(3)在系统开发的基础上,利用实验数据对系统应用分步骤进行展示,运行结果表明系统在处理点云数据时有良好的交互性,基本三维交互功能能够很好的呈现。此外系统在三维交互操作的基础上实现了点云数据的精确配准和林木参数的准确提取。
【关键词】：点云数据 LiDAR 三维可视化 数据配准 系统开发
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 激光雷达点云数配准研究现状11-14
• 1.2.2 林木参数提取研究现状14-15
• 1.2.3 LiDAR数据处理系统应用现状15-16
• 1.3 主要研究内容16
• 1.4 主要技术路线16-18
• 1.5 论文组织结构18-19
• 第二章 点云数据处理主要算法研究与实现19-50
• 2.1 地基激光雷达点云数据采集19-21
• 2.2 地基激光雷达点云数据配准21-45
• 2.2.1 粗配准21-27
• 2.2.2 基于标靶中心精确定位的点云配准27-35
• 2.2.3 改进型基于KD树的ICP配准35-45
• 2.3 林木参数提取45-49
• 2.3.1 位置和胸径提取算法45-46
• 2.3.2 树高提取算法46-47
• 2.3.3 冠层面积提取算法47-49
• 2.4 本章小结49-50
• 第三章 系统设计和开发50-60
• 3.1 需求分析50-51
• 3.2 设计原则51-52
• 3.3 系统开发平台设计52-53
• 3.3.1.NET开发平台介绍52-53
• 3.3.2 Direct X11.0 三维开发引擎介绍53
• 3.4 系统架构和功能设计53-55
• 3.5 系统开发关键技术介绍55-59
• 3.5.1 摄像机参数设置55-56
• 3.5.2 矩阵变换56-58
• 3.5.3 点云坐标拾取方法58-59
• 3.6 本章小结59-60
• 第四章 系统功能实现和应用60-77
• 4.1 数据处理系统主界面60
• 4.2 点云数据文件选项及格式转换60-65
• 4.2.1 数据文件选项60-63
• 4.2.2 文件格式转换63-64
• 4.2.3 背景色设置和点云着色64-65
• 4.3 三维可视化交互操作功能的实现65-70
• 4.3.1 矩阵变换功能的实现65-66
• 4.3.2 信息查询66-67
• 4.3.3 点云点选和视图变换67-69
• 4.3.4 旋转中心设置和点云数据选择69-70
• 4.4 点云数据配准70-72
• 4.4.1 粗配准70-71
• 4.4.2 基于KD树的ICP精配准71-72
• 4.5 林木参数提取72-76
• 4.5.1 位置和胸径提取72-74
• 4.5.2 树高提取74-75
• 4.5.3 冠层面积计算75-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 5.1 结论77
• 5.2 展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-86
• 攻读硕士学位期间取得的成果86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 戴玉成;张爱武;;三维激光扫描数据快速配准算法研究[J];测绘通报;2010年06期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张会霞;三维激光扫描点云数据组织与可视化研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

2 赵煦;基于地面激光扫描点云数据的三维重建方法研究[D];武汉大学;2010年

  本文关键词：LiDAR数据处理与林木参数提取系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：420842