1.一种机载LiDAR测深航带同名点确定方法,其特征在于,包括:步骤1:基于获取的机载LiDAR测深数据,提取海底地形特征;
步骤2:顾及邻域地形复杂度多指标模型,进行同名点粗确定;
步骤3:结合同名点间距约束与RANSAC算法,剔除错误点对进行同名点精确定;
提取海底地形特征包括:
利用LM算法构建海底点云局部模型,如式(1)所示:(1);
式中:(x,y,z)为激光点三维坐标,a、b、c、d、e、f为趋势面模型系数;
基于式(1)计算激光点坡度φ、曲率CG、粗糙度Kr;
S1.1.计算采样点x,y方向上的坡度,如式(2)所示:(2);
式中:φx和φy分别表示采样点x、y方向上的坡度;
采样点坡度计算如式(3)所示:
(3);
S1.2.选择高斯曲率(CG)作为地形特征参数,已知在曲面中,每个点都具有两个曲率半径分别为Rmax和Rmin,与最大曲率Cmax和最小曲率Cmin存在Cmax=1/Rmax、Cmin=1/Rmin的关系,其中Rmax和Rmin分别是式(4)中关于曲率半径R的两个根:(4);
式中: ;
计算高斯曲率CG,如式(5)所示:
(5);
S1.3.计算地形粗糙度如式(6)、(7)所示:(6);
(7);
式中:Ss表示该采样点的局部拟合曲面面积,SE表示该采样点的局部拟合曲面相对应地表水平投影的面积;
进行同名点粗确定包括:
S2.1.构建邻域地形复杂度多指标模型,获取每个邻域点的坡度、曲率、粗糙度以及每个邻域点与采样点的距离,采用KD树算法确定邻域点集,选用反距离权重法构建邻域地形复杂度多指标模型,如式(8)所示:(8);
式中:ωj =1/rj,代表权重;n为Pi邻域点的个数;j=1,2,…,n;Pi为点云中任意一点,rj j代表其邻域点距Pi的距离;φ 为Pi的第j个邻域点的坡度; 为Pi的第j个邻域点的高斯曲NT率; 为Pi的第j个邻域点的粗糙度;φ (Pi)、 (Pi)、 (Pi)分别表示邻域地形复杂度坡度、曲率、粗糙度指标;
S2.2.阈值约束,设置最大容许误差约束系数ε以实现阈值的自动选取,设机载LiDAR测深系统获取的两条相邻航带为点云A、B,先计算出点集A、B的平均地形特征参数,计算公式如式(9)所示:(9);
Ai Bi
式中:NA、NB分别为点集A、B中的点的数量,φ 、φ 表示点集A、B中第i点的坡度; 和表示点集A、B中第i点的曲率; 和 表示点集A、B中第i点的粗糙度;
为点集A和B共同的平均坡度、平均曲率、平均粗糙度;
S2.3.求取A、B点集的地形特征值,与式(9)中所求取的平均值间的绝对差值,将绝对差值进行升序排列后,选用第Nr位的差值作为正确同名点间地形差异的最大容许量,即阈值T0、T1、T2,设置最大容许误差约束系数为ε,则Nr可表示为式(10):(10);
计算阈值T0、T1、T2如式(11)所示:(11);
1 2 3 N
式中:N=NA+NB,其中Δφ 、Δφ 、Δφ 、…、Δφ 代表A、B点集中各点对间的坡度特征差值, 代表A、B点集中各点对间的曲率特征差值,代表A、B点集中各点对间的粗糙度特征差值;
S2.4.同名点粗确定,依据构建出的邻域地形复杂度多指标模型定义同名点粗确定条件,如式(12)所示:(12);
式中: 为A、B点集中相应点间坡度差异, 为A、B点集中相应点间曲率差异,为A、B点集中相应点间粗糙度差异。
2.根据权利要求1所述的一种机载LiDAR测深航带同名点确定方法,其特征在于,对进行同名点精确定包括: “潜在同名点对”间的距离Li如式(13)所示:(13);
式中:i=1,2,3,…,n,其中n代表“潜在同名点集”中点对的数量,xAi、yAi、zAi代表航带A中“潜在同名点”的坐标值,xBi、yBi、zBi代表航带B中“潜在同名点”的坐标值;
求出点对集合S的对应点对距离的最大值Lmax与最小值Lmin,从集合S中随机选取一对同名特征点并计算其欧式距离差,统计其它点对的欧式距离差与之绝对差值在[0,k×(Lmax‑ Lmin)]内点的数量,遍历所有的点对,选择拥有最大数量的点对的欧式距离近似作为同名点间距,来剔除错误同名点对,生成新的同名点集S,多次迭代直至获取最优同名点对;其中,k为比例系数。