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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/DTM130

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