【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光遥感，尤其涉及一种激光雷达建筑物边界估测方法及计算机可读介质。
技术介绍
1、星载激光雷达作为一种可用于对地观测(测高)的主动遥感设备，是通过卫星平台获取地表绝对地理坐标精度最高的遥感设备，具有快速获取全球范围地表高精度高程控制点的能力。新一代光子计数(单光子)体制的星载激光雷达具有微脉冲、高重频、多波束等显著优点，已经成为国内外星载激光雷达(激光测高)技术发展的主要趋势。目前，美国激光测高卫星icesat-2(ice,cloud and land elevation satellite-2)上搭载的atlas(advanced topographic laser altimeter system)是全球唯一在轨运行的星载单光子激光雷达。得益于高达10khz的激光重复频率，icesat-2/atlas沿卫星飞行方向的相邻激光测量点间距仅为0.7m，使得icesat-2/atlas可以直接获取近乎连续的沿轨地表高程轮廓，这是以往的星载测高手段(例如微波高度计、线性体制激光测高仪)所无法实现的。
2、目前，icesat-2卫星获取的光子点云数据已被广泛应用于地形测绘、林业调查、海洋环境和极地环境监测等研究领域。除上述应用外，icesat-2在城市遥感方面同样具有广阔的应用前景。从icesat-2光子点云数据中提取的建筑物边界，即获取地面激光高程轮廓与建筑物顶面边界的交点，可作为与其他遥感数据源(例如光学、sar图像)配准和融合的基本特征点。
3、准确提取icesat-2光子点云数据中的建筑物
4、实际上，“扩展光斑效应”在所有星载激光雷达都存在，本专利技术中以icesat-2/atlas的光子点云数据为例，阐述针对建筑物目标，有效剔除该效应，从星载单光子激光雷达的光子点云数据中准确提取建筑物边界的方法。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种激光雷达建筑物边界估测方法及计算机可读介质。
2、本专利技术方法的技术方案为一种激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于，包括：
3、建立星载激光雷达接收的激光回波信号功率分布模型，建立描述建筑物几何和反射特征的目标模型，结合互补误差函数构建建筑物目标的激光回波信号理论模型；
4、计算每个网格单元的点云密度，结合选定区域每个网格单元的点云密度计算激光雷达飞越建筑物时光子点云数据的实际测量值；
5、在复频域构建激光雷达飞越建筑物时光子点云数据的实际测量值与回波信号理论模型之间的代价函数，通过最小二乘迭代算法得到代价函数最小时的建筑物的边界位置提取对应的光子点云。
6、本专利技术的具体步骤如下：
7、步骤1：建立星载激光雷达接收的激光回波信号功率分布模型，建立描述建筑物几何和反射特征的目标模型，结合互补误差函数构建建筑物目标的激光回波信号理论模型；
8、步骤2：将星载单光子激光雷达飞越城市或其他包含建筑物目标的区域时采集的坐标为沿轨位置和高程的光子点云数据，按照高程间隔、沿轨距离间隔划分为二维网格，统计落在各网格单元内的光子点云个数从而得到每个网格单元的点云密度，通过目标识别算法选取建筑物目标的光子点云沿轨、高程所在的选定区域，对选定区域内网格的每个单元的点云密度在高程方向上进行求和，计算激光雷达飞越建筑物时光子点云数据的实际测量值；
9、步骤3：在复频域构建激光雷达飞越建筑物时光子点云数据的实际测量值与回波信号理论模型之间的代价函数，通过最小二乘迭代算法得到代价函数最小时的建筑物的边界位置提取对应的光子点云；
10、作为优选，步骤1所述建立星载激光雷达接收的激光回波信号功率分布模型，具体定义如下：
11、激光接收信号函数表示为地面目标响应函数与发射激光脉冲函数的卷积；
12、发射激光脉冲在空间上服从二维高斯分布，时间分布近似为高斯函数；
13、所述星载激光雷达接收的激光回波信号功率分布模型，具体如下：
14、
15、其中，pr(x,y,t)表示下文构建的星载激光雷达平面坐标系下的地表光斑中心的平面坐标(x,y)处时间t的接收光学系统接收得到的激光功率，表示卷积运算，pt(t)是发射激光脉冲的功率分布，表示为：
16、
17、其中，t表示激光脉冲的飞行时间，e0表示发射激光脉冲的总能量，σt表示发射脉冲宽度；
18、将星载激光雷达沿卫星飞行方向定义为沿轨方向，将星载激光雷达垂直于卫星飞行方向定义为垂轨方向，通过沿轨方向、垂轨方向构建星载激光雷达平面坐标系下；
19、其中，(x,y)表示星载激光雷达平面坐标系下的地表光斑中心的平面坐标，x表示星载激光雷达平面坐标系下的地表光斑中心的沿轨方向的坐标，y表示星载激光雷达平面坐标系下的地表光斑中心的垂轨方向的坐标；
20、(u,v)表示星载激光雷达平面坐标系下的光斑内微面元的平面坐标，u表示星载激光雷达平面坐标系下的光斑内微面元的沿轨方向的坐标，v表示星载激光雷达平面坐标系下的光斑内微面元的垂轨方向的坐标；h表示垂直于星载激光雷达平面坐标系所在的平面并指向天顶的垂直高程，κ0为总衰减系数，表示地面的法向量，表示激光指向向量，σb表示激光束截面参数，等于激光半发散角和卫星飞行高度的乘积，ρ(u,v,h)表示(u,v,h)处的目标反射率，l表示卫星上的激光参考点与地表光斑内微面元的位置(u,v,h)的几何距离，如下式所示：
21、
22、其中，c为大气中的光速，(xs,ys,hs)表示星载激光雷达平面坐标系下星载激光雷达的激光参考点坐标，xs表示星载激光雷达平面坐标系下星载激光雷达的激光参考点的沿轨方向的坐标，ys表示星载激光雷达平面坐标系下星载激光雷达的激光参考点的垂轨方向的坐标，hs表示星载激光雷达平面坐标系下星载激光雷达的激光参考点的垂直于星载激光雷达平面坐标系的平面并指向天顶的垂直高程；
23、步骤1所述建立描述建筑物几何和反射特征的目标模型，具体定义如下：
24、假设建筑物目标表面具有一致的反射特征，对于近天底入射的激光脉冲，建筑物的反射表面为建筑物顶面，即假设接收光学系统接收的来自建筑物顶本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的激光雷达建筑物边界估测方法，其特征在于：
【专利技术属性】
技术研发人员：马跃，张必一，赵朴凡，向雨琰，姜洋，周辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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