一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，包括：步骤1：对山区扫描获取点云数据；步骤2：设定格网尺寸，对点云数据构建虚拟格网；步骤3：对点云数据进行去噪处理，再在虚拟格网中创建索引号，确定点云数据最大行号；步骤4：根据最大行号计算结构元素，对点云数据进行形态学开运算，得到点云数据的高差变化值；对点云数据进行曲面拟合，得到点云数据的地面数字模型，进而得到地形起伏度值；步骤5：根据高差变化值及地形起伏度值判断点云数据是否为地面点；步骤6：将结构元素与预设阈值比较，若小于阈值，则结束，否则返回步骤2更新格网尺寸。本发明专利技术对点云数据进行形态学开运算和曲面拟合，能更加准确得到地面点。能更加准确得到地面点。能更加准确得到地面点。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法


[0001]本专利技术涉及航空摄影测量
，特别涉及一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法。

技术介绍

[0002]在进行铁路线路勘查时，由于山区的地形起伏复杂多变，且一些区域存在着极大的落差，山区地表又覆盖有茂密的植被，常规的地面勘探与调绘无法实行，遥感技术手段也受制于气候条件和植被覆盖因素的制约，使工作人员无法准确了解高植被覆盖区下的地形情况。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，通过利用机载激光雷达对山区进行扫描获取LiDAR点云数据，对LiDAR点云数据进行有效点云数据的提取，从而根据有效点云数据获得山区真实地形，了解山区的危岩落石情况。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0005]一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：利用机载激光雷达对山区进行扫描获取LiDAR点云数据；
[0007]步骤2：设定格网尺寸，对所述LiDAR点云数据构建虚拟格网；
[0008]步骤3：对所述LiDAR点云数据进行去噪处理，再对去噪处理后的所述LiDAR点云数据在所述虚拟格网中创建索引号，确定所述LiDAR点云数据在所述虚拟格网中的最大行号；
[0009]步骤4：根据所述最大行号计算结构元素，根据所述结构元素对所述LiDAR点云数据进行形态学开运算，得到形态学开运算前后的所述LiDAR点云数据的高差变化值；同时，根据所述结构元素对所述LiDAR点云数据进行曲面拟合，得到所述LiDAR点云数据的地面数字模型，根据所述地面数字模型得到所述LiDAR点云数据的地形起伏度值；
[0010]步骤5：利用所述步骤4所得地形起伏度值根据地形坡度公式计算高差阈值，并计算所述LiDAR点云数据的所述高差变化值与所述地形起伏度值的差，得到差值，将所述差值与所述高差阈值进行比较，根据比较结果判断LiDAR点云数据是否为地面点，若是，则提取所述LiDAR点云数据；若否，则剔除所述LiDAR点云数据；
[0011]步骤6：将所述结构元素与预设的结构元素阈值进行比较，若所述结构元素小于所述结构元素阈值，则输出提取到的LiDAR点云数据集；若否，返回步骤2更新设定的格网尺寸，重复步骤2至步骤5，以更新所提取的地面点。
[0012]本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，通过对机载激光雷达扫描山区得到的LiDAR点云数据，然后通过构建虚拟格网对LiDAR点云数据进行数据组织并进行去噪处理，再通过确定点云数据的格网最大行号计算得到结构元素，基于结构元素对LiDAR点云数据进行形态学开运算得到形态学开运算前后的LiDAR点云数据的高
差变化值，从而能够初步判断地物点和地面点，在对LiDAR点云数据进行形态学开运算的同时对LiDAR点云数据进行曲面拟合，引入地形起伏度，通过地形起伏度计算得到高差阈值，通过将LiDAR点云数据进行形态学开运算前后的高差变化值与进行曲面拟合得到的地形起伏度做差，将差值与高差阈值作比较，从而能够再次对地物点和地面点进行判断，减少误判，且利用形态学开运算与曲面拟合两者相结合对山区的LiDAR点云数据进行提取，能够对地面凸起等进行有效保护，更加准确的得到地面点，从而得到山区的真实地形；使得工作人员能够通过保留的点云数据解算出被覆盖在茂密植被和复杂地形环境中的危岩落石，为工程施工提供安全保障。
[0013]优选的，所述虚拟格网是以规则格网为基础进行建立，是对所述LiDAR点云数据在XY平面进行格网剖分但不进行内插的数据组织形式。
[0014]优选的，所述步骤3中，采用经验模态分解的方法对所述LiDAR点云数据进行去噪处理。
[0015]优选的，所述步骤4中，对所述LiDAR点云数据进行形态学开运算，具体包括：基于所述结构元素对所述LiDAR点云数据先进行腐蚀运算，再进行膨胀运算。
[0016]优选的，所述步骤4中，采用克里金插值的方法对所述LiDAR点云数据进行曲面拟合。
[0017]优选的，所述步骤5中，利用所述步骤4所得地形起伏度值根据地形坡度公式计算高差阈值，具体包括：利用所述地形起伏度值根据地形坡度公式值进行计算，得到地形坡度，再利用所述地形坡度进行计算，得到高差阈值。
[0018]优选的，将所述差值与所述高差阈值进行比较，根据比较结果判断LiDAR点云数据是否为地面点，具体包括：当所述差值小于或者等于所述高差阈值，判断所述LiDAR点云数据为地面点，当所述差值大于所述高差阈值，判断所述LiDAR点云数据为地物点。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
[0020]本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，通过对机载激光雷达扫描山区得到的LiDAR点云数据，然后通过构建虚拟格网对LiDAR点云数据进行数据组织并进行去噪处理，再通过确定点云数据的格网最大行号计算得到结构元素，基于结构元素对LiDAR点云数据进行形态学开运算得到形态学开运算前后的LiDAR点云数据的高差变化值，从而能够初步判断地物点和地面点，在对LiDAR点云数据进行形态学开运算的同时对LiDAR点云数据进行曲面拟合，引入地形起伏度，通过地形起伏度计算得到高差阈值，通过将LiDAR点云数据进行形态学开运算前后的高差变化值与进行曲面拟合得到的地形起伏度做差，将差值与高差阈值作比较，从而能够再次对地物点和地面点进行判断，减少误判，且利用形态学开运算与曲面拟合两者相结合对山区的LiDAR点云数据进行提取，能够对地面凸起等进行有效保护，更加准确的得到地面点，从而得到山区的真实地形；使得工作人员能够通过保留的点云数据解算出被覆盖在茂密植被和复杂地形环境中的危岩落石，为工程施工提供安全保障。
附图说明：
[0021]图1是本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法的流程示意图。
[0022]图2是本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法中对LiDAR点云数据进行形态学开运算的初始模拟地形图。
[0023]图3是本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法中对LiDAR点云数据进行形态学开运算的腐蚀运算结果模拟图。
[0024]图4是本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法中对LiDAR点云数据进行形态学开运算的膨胀运算结果模拟图。
[0025]图5是本专利技术所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法中对LiDAR点云数据进行形态学开运算前后的高差变化值与设定的高差阈值进行比较的示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用机载激光雷达对山区进行扫描获取LiDAR点云数据；步骤2：设定格网尺寸，对所述LiDAR点云数据构建虚拟格网；步骤3：对所述LiDAR点云数据进行去噪处理，再对去噪处理后的所述LiDAR点云数据在所述虚拟格网中创建索引号，确定所述LiDAR点云数据在所述虚拟格网中的最大行号；步骤4：根据所述最大行号计算结构元素，根据所述结构元素对所述LiDAR点云数据进行形态学开运算，得到形态学开运算前后的所述LiDAR点云数据的高差变化值；同时，根据所述结构元素对所述LiDAR点云数据进行曲面拟合，得到所述LiDAR点云数据的地面数字模型，根据所述地面数字模型得到所述LiDAR点云数据的地形起伏度值；步骤5：利用所述步骤4所得地形起伏度值根据地形坡度公式计算高差阈值，并计算所述LiDAR点云数据的所述高差变化值与所述地形起伏度值的差，得到差值，将所述差值与所述高差阈值进行比较，根据比较结果判断LiDAR点云数据是否为地面点，若是，则提取所述LiDAR点云数据；若否，则剔除所述LiDAR点云数据；步骤6：将所述结构元素与预设的结构元素阈值进行比较，若所述结构元素小于所述结构元素阈值，则输出提取到的LiDAR点云数据集；若否，返回步骤2更新设定的格网尺寸，重复步骤2至步骤5，以更新所提取的地面点。2.根据权利要求1所述的一种适用于山区危岩落石的LiDAR点云数据提取方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐正宣，刘国祥，张广泽，冯涛，王栋，王哲威，欧阳吉，陈明浩，周学军，孟少伟，刘志军，谢荣强，向卫，张瑞，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：