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A Random Fusion of Mix 3D and Polar Mix to Improve Semantic Segmentation Performance in 3D Lidar Point Cloud
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作者 Bo Liu Li Feng Yufeng Chen 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第7期845-862,共18页
This paper focuses on the effective utilization of data augmentation techniques for 3Dlidar point clouds to enhance the performance of neural network models.These point clouds,which represent spatial information throu... This paper focuses on the effective utilization of data augmentation techniques for 3Dlidar point clouds to enhance the performance of neural network models.These point clouds,which represent spatial information through a collection of 3D coordinates,have found wide-ranging applications.Data augmentation has emerged as a potent solution to the challenges posed by limited labeled data and the need to enhance model generalization capabilities.Much of the existing research is devoted to crafting novel data augmentation methods specifically for 3D lidar point clouds.However,there has been a lack of focus on making the most of the numerous existing augmentation techniques.Addressing this deficiency,this research investigates the possibility of combining two fundamental data augmentation strategies.The paper introduces PolarMix andMix3D,two commonly employed augmentation techniques,and presents a new approach,named RandomFusion.Instead of using a fixed or predetermined combination of augmentation methods,RandomFusion randomly chooses one method from a pool of options for each instance or sample.This innovative data augmentation technique randomly augments each point in the point cloud with either PolarMix or Mix3D.The crux of this strategy is the random choice between PolarMix and Mix3Dfor the augmentation of each point within the point cloud data set.The results of the experiments conducted validate the efficacy of the RandomFusion strategy in enhancing the performance of neural network models for 3D lidar point cloud semantic segmentation tasks.This is achieved without compromising computational efficiency.By examining the potential of merging different augmentation techniques,the research contributes significantly to a more comprehensive understanding of how to utilize existing augmentation methods for 3D lidar point clouds.RandomFusion data augmentation technique offers a simple yet effective method to leverage the diversity of augmentation techniques and boost the robustness of models.The insights gained from this research can pave the way for future work aimed at developing more advanced and efficient data augmentation strategies for 3D lidar point cloud analysis. 展开更多
关键词 3D lidar point cloud data augmentation RandomFusion semantic segmentation
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Comparative Analysis of the Digital Terrain Models Extracted from Airborne LiDAR Point Clouds Using Different Filtering Approaches in Residential Landscapes
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作者 Fahmy F. F. Asal 《Advances in Remote Sensing》 2019年第2期51-75,共25页
Light Detection And Ranging (LiDAR) is a well-established active remote sensing technology that can provide accurate digital elevation measurements for the terrain and non-ground objects such as vegetations and buildi... Light Detection And Ranging (LiDAR) is a well-established active remote sensing technology that can provide accurate digital elevation measurements for the terrain and non-ground objects such as vegetations and buildings, etc. Non-ground objects need to be removed for creation of a Digital Terrain Model (DTM) which is a continuous surface representing only ground surface points. This study aimed at comparative analysis of three main filtering approaches for stripping off non-ground objects namely;Gaussian low pass filter, focal analysis mean filter and DTM slope-based filter of varying window sizes in creation of a reliable DTM from airborne LiDAR point clouds. A sample of LiDAR data provided by the ISPRS WG III/4 captured at Vaihingen in Germany over a pure residential area has been used in the analysis. Visual analysis has indicated that Gaussian low pass filter has given blurred DTMs of attenuated high-frequency objects and emphasized low-frequency objects while it has achieved improved removal of non-ground object at larger window sizes. Focal analysis mean filter has shown better removal of nonground objects compared to Gaussian low pass filter especially at large window sizes where details of non-ground objects almost have diminished in the DTMs from window sizes of 25 × 25 and greater. DTM slope-based filter has created bare earth models that have been full of gabs at the positions of the non-ground objects where the sizes and numbers of that gabs have increased with increasing the window sizes of filter. Those gaps have been closed through exploitation of the spline interpolation method in order to get continuous surface representing bare earth landscape. Comparative analysis has shown that the minimum elevations of the DTMs increase with increasing the filter widow sizes till 21 × 21 and 31 × 31 for the Gaussian low pass filter and the focal analysis mean filter respectively. On the other hand, the DTM slope-based filter has kept the minimum elevation of the original data, that could be due to noise in the LiDAR data unchanged. Alternatively, the three approaches have produced DTMs of decreasing maximum elevation values and consequently decreasing ranges of elevations due to increases in the filter window sizes. Moreover, the standard deviations of the created DTMs from the three filters have decreased with increasing the filter window sizes however, the decreases have been continuous and steady in the cases of the Gaussian low pass filter and the focal analysis mean filters while in the case of the DTM slope-based filter the standard deviations of the created DTMs have decreased with high rates till window size of 31 × 31 then they have kept unchanged due to more increases in the filter window sizes. 展开更多
关键词 DSM/DEM/DTM Airborne lidar point cloudS DSM FILTERING Gaussian Low Pass FILTER FOCAL Analysis Mean FILTER DTM Slope-Based FILTER Removal of Non-Ground Objects
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基于PointNet++的机载LiDAR点云矿区地物分类模型研究
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作者 言龙 《现代矿业》 2025年第8期221-225,233,共6页
针对传统点云分类方法无法提取深度特征,且自动化程度低、过程复杂等问题,以深度学习分割算法PointNet++网络为基础,分别利用LASDU公开机载LiDAR点云试验数据集和自制矿山机载LiDAR点云数据进行试验分析,并以OA、F1 Score和Avg F1等为... 针对传统点云分类方法无法提取深度特征,且自动化程度低、过程复杂等问题,以深度学习分割算法PointNet++网络为基础,分别利用LASDU公开机载LiDAR点云试验数据集和自制矿山机载LiDAR点云数据进行试验分析,并以OA、F1 Score和Avg F1等为评价指标,开展与PointNet和PointCNN的分析比较与评估。研究表明:在公共数据集方面,PointNet++在5个地物类别中有3个取得最佳分类效果,另外2个类别的结果也接近最佳,且在整体分类性能上,PointNet++的OA和Avg F1较PointNet和PointCNN分别提升2.77,1.59个百分点和2.32,0.87个百分点;在自制矿区地物数据集分类方面,PointNet++机载点云分类方法的OA评价指标为71.47%,Avg F1评价指标为61.45%,两者均高于PointNet和PointCNN。在地面点和建筑物的分类上,PointNet++在多项指标上取得最佳表现,且在自制矿区数据集的优势明显,适用于具有丰富结构的复杂场景,能够提高机载点云分类的准确性,提高分类自动化程度,简化分类流程,为矿区地物分类的实际应用提供有力支持,更是为未来地物分类模型优化和探索更先进的深度学习架构提供新的思路和基础。 展开更多
关键词 机载lidar点云 复杂场景 地物分类模型
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基于3D LiDAR感知的大田花生长势信息获取
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作者 胡炼 刘于轩 +5 位作者 臧英 何杰 汪沛 黄俊威 黄培奎 赵润茂 《华中农业大学学报》 北大核心 2025年第4期102-112,共11页
为实现大田环境下快速准确获取作物株高、冠幅等长势信息,以花生为研究对象,采用3D LiDAR感知技术获取大田花生点云数据,经配准、去噪等处理,构建三维点云模型;基于KD-TREE的点云植株分割算法对大田花生植株点云数据进行单株分割,采用... 为实现大田环境下快速准确获取作物株高、冠幅等长势信息,以花生为研究对象,采用3D LiDAR感知技术获取大田花生点云数据,经配准、去噪等处理,构建三维点云模型;基于KD-TREE的点云植株分割算法对大田花生植株点云数据进行单株分割,采用体素网格法估计植株体积、旋转卡壳法提取株高和最大冠幅,获取花生长势信息;在花生种植试验区域分别采集3个不同时期花生植株得到点云数据,采用3D LiDAR感知技术开展花生单株分割和提取株高与最大冠幅的验证试验,考察长势信息获取精度,采用召回率与精确率对结果进行精度评价。结果显示,大田花生单株分割的召回率与精确率均可达84%以上,表明该方法应用于大田花生点云数据分割具有较好的准确性与完整性;将提取的花生株高与最大冠幅等参数与人工测量值进行对比,3个时期植株高度的平均绝对百分比误差分别为6.271%、4.368%和4.986%,最大冠幅的平均绝对百分比误差分别为7.114%、5.606%和4.541%,株高均方根误差分别为0.010、0.015和0.027 m,最大冠幅均方根误差分别为0.011、0.020和0.021 m;株高数据线性回归决定系数分别为0.888、0.951和0.842,最大冠幅数据线性回归决定系数分别为0.934、0.932和0.927,表明使用点云测量可实现花生表型参数高精度、非破坏性提取。 展开更多
关键词 大田花生 3Dlidar 长势信息 点云分割
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基于地形级实景三维模型与机载LiDAR点云快速生产DEM的技术方法
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作者 杨小梅 黄芳 +2 位作者 刘乾会 张浩 李和平 《科技创新与应用》 2025年第27期144-148,共5页
随着倾斜摄影技术的发展和实景三维建设的不断推进,对DEM的现势性和精度要求日益提高,为解决由于贵州地形复杂、地貌破碎带来的DEM构建成本高、精度低、工作量大等问题,该文进行基于地形级实景三维模型与机载LiDAR点云快速构建DEM的技... 随着倾斜摄影技术的发展和实景三维建设的不断推进,对DEM的现势性和精度要求日益提高,为解决由于贵州地形复杂、地貌破碎带来的DEM构建成本高、精度低、工作量大等问题,该文进行基于地形级实景三维模型与机载LiDAR点云快速构建DEM的技术研究,优化生产技术方法,总结DEM数据生产的工艺流程和关键技术,并通过项目验证解决方案,形成快速、精确、高效、低成本的生产模式,为DEM生产工作全面开展提供有力支撑。 展开更多
关键词 地形级实景三维模型 倾斜摄影 机载lidar点云 高精度 快速构建DEM
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基于LiDAR技术的地铁隧道渗漏水识别方法及应用
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作者 王秋生 李佳豪 +3 位作者 贺鹏 王锋 李裴 裴瑛 《应用基础与工程科学学报》 北大核心 2025年第3期792-802,共11页
渗漏水病害已经严重影响到地铁运营的安全性及耐久性.传统的人工检测方法很难满足当前繁忙地铁线路的检测需求,亟需一种快速、准确的检测技术.基于LiDAR技术提出了一种地铁隧道渗漏水识别方法.沿隧道轴线方向将点云数据按照管片宽度进... 渗漏水病害已经严重影响到地铁运营的安全性及耐久性.传统的人工检测方法很难满足当前繁忙地铁线路的检测需求,亟需一种快速、准确的检测技术.基于LiDAR技术提出了一种地铁隧道渗漏水识别方法.沿隧道轴线方向将点云数据按照管片宽度进行分割,将一段隧道点云模型按环号分成多段单环点云模型,利用强度修正消除激光测距和激光入射角对识别结果的影响,采用图像处理算法对每一环点云数据进行处理,可根据环号信息推算隧道里程,实现对渗漏水病害的自动识别和统计.在该方法的基础上,基于Python语言编制了渗漏水识别软件,并通过工程案例进行了验证.结果表明,该方法可以快速、准确地识别出渗漏水所在位置和面积,具有较好的应用价值. 展开更多
关键词 地铁隧道 lidar技术 点云强度 渗漏水 数据处理 检测软件
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基于LiDAR点云特征补全的雪天无人车目标检测
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作者 朱凌云 王海洋 《汽车工程》 北大核心 2025年第6期1133-1143,共11页
在降雪气候条件下,雪花颗粒对激光雷达的干扰会导致点云特征缺失,严重影响LiDAR三维目标检测模型的准确性。本文提出一种基于Transformer架构的雪天点云特征补全检测算法:首先设计点云损失补全模块,通过多头注意力机制与混合密度网络联... 在降雪气候条件下,雪花颗粒对激光雷达的干扰会导致点云特征缺失,严重影响LiDAR三维目标检测模型的准确性。本文提出一种基于Transformer架构的雪天点云特征补全检测算法:首先设计点云损失补全模块,通过多头注意力机制与混合密度网络联合提取原始点云缺失特征;其次构建编码器-解码器结构实现缺失特征生成,并开发融合重定义模块通过通道注意力机制实现特征对齐;最后优化预测框输出策略提升检测可靠性。在CADC数据集上,汽车与行人检测精度分别提升2.06%和2.73%;在KITTI数据集上3类目标平均精度提升1.51%。通过量化分析降雪强度与点云生成数量的影响规律,验证了本文所提方法的鲁棒性和工程适用性。 展开更多
关键词 激光雷达 降雪气候 点云补全 三维目标检测 自动驾驶
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基于Point-Attention点云分类的激光雷达故障诊断方法研究
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作者 谭光兴 程星 陈海峰 《现代电子技术》 北大核心 2025年第20期10-17,共8页
在智能车辆和自主机器人领域,激光雷达传感器因高精度和可靠性,被广泛应用于环境感知和物体检测,因此其故障诊断尤为重要。激光雷达内部的故障往往有固件提醒,而外部环境因素导致的故障检测挑战较大,比如车辆形变、污垢等导致的激光点... 在智能车辆和自主机器人领域,激光雷达传感器因高精度和可靠性,被广泛应用于环境感知和物体检测,因此其故障诊断尤为重要。激光雷达内部的故障往往有固件提醒,而外部环境因素导致的故障检测挑战较大,比如车辆形变、污垢等导致的激光点云遮挡故障,难以直接在固件层面体现,需通过外部检测进行诊断。为此,提出一种基于Point-Attention激光雷达遮挡故障诊断方法。首先,结合多头几何注意力机制模块与CBAM模块、残差连接机制,增强了模型对点云数据中关键特征的提取能力,提高了分类准确性和鲁棒性;在真实的ScanObjectNN数据集和ModelNet40基准数据集上对Point-Attention模型进行了实验。该模型在分类任务上准确率分别达到了93.7%、82.5%。其次,融合了一种时间特征捕捉机制,从而使模型能够更好地适应现实场景中的时间相关性,进而更准确地处理激光雷达的遮挡故障。实验结果表明,所提方法能有效诊断激光雷达遮挡故障,最佳总体精度达99%以上,为激光雷达故障诊断提供了一种高效准确的解决方案。 展开更多
关键词 激光雷达 故障诊断 点云分类 残差连接 遮挡检测 时间特征捕捉
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基于LIDAR点云数据的数字高程模型技术
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作者 张敏 《武夷学院学报》 2025年第3期32-36,87,共6页
探讨基于LIDAR激光点云数据进行数字高程模型生产的技术研究,以福建省某地区2016年2月—2017年3月间的激光点云数据为数据源,先通过坐标系转换、航带拼接、数据分块等预处理,根据点云数据的空间分布特征,基于高程异常剔除点云噪声点,并... 探讨基于LIDAR激光点云数据进行数字高程模型生产的技术研究,以福建省某地区2016年2月—2017年3月间的激光点云数据为数据源,先通过坐标系转换、航带拼接、数据分块等预处理,根据点云数据的空间分布特征,基于高程异常剔除点云噪声点,并应用平面拟合过滤算法进行点云滤波分类提取地面点点云,从而构建数字高程模型。结果表明,通过内插比较数字高程模型精度可达0.2394 m,精度高于传统DLG等高线生成的数字高程模型,地形走向基本正确,模型连续光滑。 展开更多
关键词 lidar 点云数据 数字高程模型
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基于TLS LiDAR点云的3类桃树冠层特征分析 被引量:2
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作者 钟丹 李宗南 +3 位作者 王思 陈鸿文 邱霞 雷舒惋 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第2期181-186,共6页
为实现标准化栽培桃树叶幕稳定时期冠层特征的快速定量评估,利用TLS LiDAR采集主干形、开心形与Y字形桃树点云数据,计算冠幅面积、纵横比、有效叶面积、叶面积指数、覆盖度、株高等描述冠层总体特征的6项指标,并统计各层叶面积随高度变... 为实现标准化栽培桃树叶幕稳定时期冠层特征的快速定量评估,利用TLS LiDAR采集主干形、开心形与Y字形桃树点云数据,计算冠幅面积、纵横比、有效叶面积、叶面积指数、覆盖度、株高等描述冠层总体特征的6项指标,并统计各层叶面积随高度变化的分布特征。结果显示:基于点云计算的6项指标能准确反映3类树形桃树冠层总体特征,垂直分布特征符合各树形冠层生长形态;与实测的株高和LAI相比,基于点云的计算结果相对精度分别为98.3%和91.7%。该研究测试多项定量评估果树冠层特征的指标,为桃树标准化栽培提供关键数字化技术支持。 展开更多
关键词 lidar点云 桃树 冠层特征 特征指标 标准化栽培
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无人机LiDAR点云数据在铁路轨道平顺性智能诊断中的应用
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作者 闫野 《无线互联科技》 2025年第24期5-9,共5页
铁路轨道平顺性直接影响列车运行安全与乘客舒适度,传统检测方法效率低且依赖人工,难以满足现代铁路智能化运维需求。文章基于无人机LiDAR技术,提出一种融合点云数据处理与智能诊断模型的轨道平顺性分析方法,通过设计多旋翼无人机搭载... 铁路轨道平顺性直接影响列车运行安全与乘客舒适度,传统检测方法效率低且依赖人工,难以满足现代铁路智能化运维需求。文章基于无人机LiDAR技术,提出一种融合点云数据处理与智能诊断模型的轨道平顺性分析方法,通过设计多旋翼无人机搭载激光扫描仪和导航设备的采集方案,获取高精度轨道三维点云数据。该方法在轨道高程偏差检测中精度达到±2 mm,轨距误差率低于1.5%,同时开发的支持向量机诊断模型对轨道不平顺类型的分类准确率为93.7%,可快速识别轨道局部沉降与方向偏移问题,为铁路养护部门提供可视化决策支持。 展开更多
关键词 无人机lidar 铁路轨道平顺性 智能诊断 点云数据处理 特征提取
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基于投影注意力和高程注意力的机载LiDAR点云语义分割
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作者 李龙威 刘晓栋 +3 位作者 陈辉 杨礼平 赵立科 张卡 《地球信息科学学报》 北大核心 2025年第11期2684-2700,共17页
【目的】近年来,机载LiDAR点云数据的应用日益广泛,其语义分割是实现三维场景理解的重要环节,但现有部分分割方法存在一定的缺陷。例如,基于局部聚合的PointNet++和KPConv等方法难以有效捕捉长距离依赖;而引入Transformer等全局注意力... 【目的】近年来,机载LiDAR点云数据的应用日益广泛,其语义分割是实现三维场景理解的重要环节,但现有部分分割方法存在一定的缺陷。例如,基于局部聚合的PointNet++和KPConv等方法难以有效捕捉长距离依赖;而引入Transformer等全局注意力机制虽能扩大感受野,但其高昂的计算成本不适用于大规模机载LiDAR数据;同时,多数方法未能充分利用机载数据中蕴含的丰富高程信息。【方法】本文提出了一种融合投影注意力和高程注意力机制的点云分割网络(Projection Attention and Elevation Attention Network,PE-Net)。首先,为实现高效的全局依赖建模,投影注意力模块将传统自注意力中的键和值投影至一个低秩子空间,从而以线性计算复杂度捕捉长距离关系。其次,为充分利用机载数据的垂直结构先验知识,高程注意力模块直接从点的Z坐标学习注意力权重,显式地增强了模型对地形变化的敏感度。最后,局部-全局特征增强模块通过并行的最大池化与平均池化操作聚合了多尺度上下文信息,实现了局部几何细节与全局语义的深度融合,有效提升了对复杂空间结构的表达能力。【结果】利用ISPRS Vaihingen3D和GML等主流机载LiDAR点云数据集对本文方法进行了验证,实验结果表明:PE-Net在ISPRS Vaihingen3D数据集上取得了82.6%的OA分数和72.1%的Avg.F1分数,在GML数据集上则达到97.0%的OA分数和72.8%的Avg.F1分数;同时,在LASDU数据集上也展现出较优的分割结果。与基线方法KPConv相比,PE-Net在GML数据集上的OA分数和Avg.F1分数上分别提升了7.0%和20.4%。【结论】相较于现有主流方法,本文提出的PE-Net在总体精度和Avg.F1分数上均取得了显著提升,证明了PE-Net在复杂三维场景点云语义分割任务中的有效性和鲁棒性。 展开更多
关键词 机载lidar点云 语义分割 投影注意力 高程注意力 特征融合 深度学习 长距离依赖 KPConv
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融合RGB图像特征的LiDAR点云道路目标检测
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作者 邱天旭 王涛 +3 位作者 张艳 邹镐阳 王步云 陈驰杰 《地球信息科学学报》 北大核心 2025年第10期2387-2403,共17页
【目的】道路目标检测是LiDAR点云的重要应用方向之一。许多基于点云的检测方法在处理大型目标、近距离目标或简单场景下的目标时性能表现良好。但由于LiDAR点云过于稀疏,缺乏RGB图像的纹理信息,导致其在面对小目标、远距离目标或复杂... 【目的】道路目标检测是LiDAR点云的重要应用方向之一。许多基于点云的检测方法在处理大型目标、近距离目标或简单场景下的目标时性能表现良好。但由于LiDAR点云过于稀疏,缺乏RGB图像的纹理信息,导致其在面对小目标、远距离目标或复杂道路环境下的目标时,误检率和漏检率较大。【方法】为改善复杂场景下的道路目标检测效果,本文以PointRCNN作为基线网络,提出了一种基于RGB图像和LiDAR点云的双分支多阶段融合检测网络,称为EPG2LFusion。该网络包含以下两点改进:首先,针对现有卷积神经网络提取图像特征时普遍受到感受野限制的问题,在图像分支中设计了一种名为WaveDSConv的卷积模块,其结合了小波变换卷积与深度可分离卷积来增强图像全局特征的提取质量,从而提升融合后的目标检测性能;其次,针对点云和图像2种不同模态数据难以直接融合的问题,提出了融合模块G2L-Fusion,通过投影矩阵建立点云和图像之间精确的点-像素对应关系,并有效地利用通道注意力机制在多个阶段融合两种模态数据之间的全局信息与局部信息。【结果】所提方法在KITTI基准数据集上进行了多个类别(汽车、行人、骑行者)的道路目标检测任务,对所有类别的平均检测精度为65.21%,相比基线网络提升了4.88%;在具有挑战性的中等难度下的行人目标类别上实现了45.86%的平均检测精度,与现有先进算法相比具有竞争性。【结论】结果表明,本文算法利用RGB图像丰富的纹理特征弥补了LiDAR点云稀疏性的不足,提高了对常见道路目标的检测精度。 展开更多
关键词 lidar点云 RGB图像 多模态信息融合 道路目标检测 小波变换 注意力机制
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顾及地形特征和边界防收缩的机载LiDAR地面点云聚类简化方法
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作者 武慧明 陈传法 +2 位作者 孙延宁 郭娇娇 贝祎轩 《遥感学报》 北大核心 2025年第1期314-328,共15页
点云简化是海量机载LiDAR地面点云高效传输和多尺度应用的前提。针对目前地面点云简化方法存在复杂环境适用性差、地形细节特征丢失等问题,本文提出了一种顾及地形特征和边界防收缩的机载LiDAR点云聚类简化算法。首先利用K-means算法将... 点云简化是海量机载LiDAR地面点云高效传输和多尺度应用的前提。针对目前地面点云简化方法存在复杂环境适用性差、地形细节特征丢失等问题,本文提出了一种顾及地形特征和边界防收缩的机载LiDAR点云聚类简化算法。首先利用K-means算法将点云分割为初始点云簇,然后依据各簇的地形复杂度再次对其细分,接着借助点云法向量信息以及邻接簇间边缘点的高程差识别地形特征点,最后通过保留目标区域的边界特征点防止原始点云边界收缩。此外,选取6组高密度机载LiDAR点云为数据源,将本文方法与7种经典点云简化方法(包括随机方法、体素格网方法、基于曲率的方法、最大Z容差方法、基于图的方法、基于多指标加权方法和基于迭代的简化方法)进行比较分析。结果表明:与其他传统方法相比,本文方法生成的数字高程模型(DEM)的平均RMSE至少降低了12.1%,平均MAE至少降低了9.6%,其派生品(包括平均坡度和地形粗糙度)与参考值也更为接近,而且较好的保留了地形特征信息。 展开更多
关键词 遥感 机载lidar 点云简化 K-MEANS 地形特征 数字高程模型
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联合UAV-LiDAR点云和SSAFormer的红树林群落精细分类
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作者 张书嵘 付波霖 +4 位作者 高二涛 贾明明 孙伟伟 武炎 周国清 《遥感学报》 北大核心 2025年第5期1140-1163,共24页
红树林是最富有生物多样性、生产力最高的海洋生态系统之一,整合高分辨率遥感影像和深度学习的红树林群落精细分类已成为当前研究的热点和难点。本文提出一种新颖的深度学习分类网络模型一种基于窗口注意力机制和空洞空间的视觉转换器SS... 红树林是最富有生物多样性、生产力最高的海洋生态系统之一,整合高分辨率遥感影像和深度学习的红树林群落精细分类已成为当前研究的热点和难点。本文提出一种新颖的深度学习分类网络模型一种基于窗口注意力机制和空洞空间的视觉转换器SSAFormer (Swin-Segmentation-Atrous-Transformer)进行红树林群落精细分类。该模型以视觉变压器的变体Swin Transformer为主干网络,在主干网络中加入了卷积神经网络CNN(Convolutional Neural Network)以及空洞空间卷积池化金字塔ASPP (Atrous Spatial Pyramid Pooling)提取更多尺度特征信息,在轻量级解码器中嵌入了特征金字塔FPN (Feature Pyramid Network)结构来融合低层和高层丰富的语义特征信息。本文利用高分七号(Gaofen-7,GF-7)卫星多光谱影像和UAV-LiDAR点云构建了3种主被动遥感数据集,并对比分析SegFormer和本研究改进的Swin Transformer算法的分类结果,进一步论证SSAFormer算法对红树林群落的分类性能。结果表明:(1)与SegFormer相比,SSAFormer实现了红树林的精细分类,总体精度OA (Overall Accuracy)提高了1.77%-5.30%,Kappa系数最高为0.8952,平均用户交并比MIo U (Mean Intersection over Union)最大提升了7.68%;(2)在GF-7多光谱数据集上,SSAFormer算法实现了91%最高总体精度(OA),在UAV-LiDAR数据集上,SSAFormer算法的MIoU提升至57.68%,在加入光谱特征的UAV-LiDAR数据集上,SSAFormer算法MIoU的均值提高了1.48%;(3)UAV-LiDAR数据相比于GF-7多光谱数据的平均用户交并比(MIoU)最大提高了5.35%,总体精度(OA)的均值提升了1.81%,加入光谱特征的UAV-LiDAR数据分类精度(F1-score)提高了2.6%;(4)本研究提出的SSAFormer算法实现了海榄雌的分类精度(F1-score)最高为97.07%,桐花树分类精度(F1-score)达到91.99%,互花米草的F1-score达到93.64%,桐花树的F1-score的平均值在SSAFormer模型上达到了86.91%最高。本研究所提出的SSAFormer算法能够有效提高红树林群落分类精度。 展开更多
关键词 遥感 红树林 GF-7多光谱 UAV-lidar点云 SSAFormer 深度学习 主被动影像整合 特征选 群落精细分类
原文传递
基于机载LiDAR的河道断面精细测量及水位提取研究 被引量:4
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作者 戴永洪 魏猛 +2 位作者 黎鹏 高深 刘林佳 《人民长江》 北大核心 2025年第2期144-151,共8页
长江中游河道断面测量是研究河道演变、支撑长江中下游防洪和综合整治的关键基础工作。与传统的实时动态定位(RTK)和倾斜摄影测量相比,机载LiDAR技术效率高、穿透性较强,可以实现精细的河道断面陆上测量及水位提取。采用机载LiDAR对长... 长江中游河道断面测量是研究河道演变、支撑长江中下游防洪和综合整治的关键基础工作。与传统的实时动态定位(RTK)和倾斜摄影测量相比,机载LiDAR技术效率高、穿透性较强,可以实现精细的河道断面陆上测量及水位提取。采用机载LiDAR对长江中游河道进行了全面测量,系统分析了LiDAR点云在水位提取及陆上测量中的应用情况,并评估了重要特征点和局部河段断面面积的测量精度。结果表明:在断面水位提取时,点云数据与接测水位高程的较差绝对值在0.1 m以内的断面占比达到76%,陆上断面点云数据的平面位置和高程精度均满足规范要求,且点云与RTK测量的断面面积较差在1%以内,说明机载LiDAR技术能够适应长江中游复杂地形,更加高效、精确地实现河道断面测量及水位监测。 展开更多
关键词 河道断面精细测量 水位提取 机载激光雷达 点云数据 长江中游
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面向城市道路场景的车载LiDAR点云语义分割U形图卷积网络方法
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作者 万杰 谢忠 +1 位作者 徐永洋 陶留锋 《测绘学报》 北大核心 2025年第7期1280-1293,共14页
车载LiDAR点云语义分割旨在提取道路及其路侧多类地物目标的三维信息,对城市道路场景的目标对象化与三维建模至关重要。针对当前深度学习网络在处理车载LiDAR点云时,由于架构限制以及难以有效提取和利用多尺度信息而导致小尺寸目标、数... 车载LiDAR点云语义分割旨在提取道路及其路侧多类地物目标的三维信息,对城市道路场景的目标对象化与三维建模至关重要。针对当前深度学习网络在处理车载LiDAR点云时,由于架构限制以及难以有效提取和利用多尺度信息而导致小尺寸目标、数据缺失和被遮挡目标分割不准确等问题,本文提出了一种基于U形图卷积网络(U-GCN)的点云语义分割方法。首先,设计了一个动态图卷积算子,利用可学习的点核自适应地提取点云局部几何特征,并通过级联的动态图卷积算子来构建局部特征聚合模块和扩大感受野,以捕获目标结构和上下文信息。然后,结合U形编码器-解码器网络架构,通过跳跃连接的方式融合深层和浅层点特征来获取多尺度细节信息,以增强目标特征表达。最后,引入深度监督损失函数,引导网络利用各层输出的预测信息进行多尺度的监督训练,进一步提升网络的稳健性和整体性能。在Toronto-3D和WHU-MLS数据集上试验表明,本文方法在可视化分析和定量评价方面均优于当前主流网络,能够有效改善因目标尺度变化、遮挡、数据缺失造成的分割精度低的问题。 展开更多
关键词 车载lidar点云 语义分割 U形图卷积网络 多尺度特征融合 深度监督
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顾及地形特征的大规模机载LiDAR点云高效滤波方法 被引量:1
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作者 徐联中 陈传法 +5 位作者 陈东兴 王兴杰 杨子明 杨淑凡 洪壮壮 郝劲达 《测绘学报》 北大核心 2025年第6期1082-1093,共12页
针对现有滤波方法在复杂场景区大规模点云数据滤波精度低、计算效率慢,以及地形自适应差等难题,本文提出了一种顾及地形特征的大规模机载LiDAR点云高效滤波方法。首先,采用半径滤波和高程直方图法对原始点云预处理以剔除异常值;其次,借... 针对现有滤波方法在复杂场景区大规模点云数据滤波精度低、计算效率慢,以及地形自适应差等难题,本文提出了一种顾及地形特征的大规模机载LiDAR点云高效滤波方法。首先,采用半径滤波和高程直方图法对原始点云预处理以剔除异常值;其次,借助滑动网格技术与M估计样本一致性算法相结合的策略,高效提取大量均匀分布的精确地面种子点;然后,根据地面点构建地面参考面网格,并采用基于网格的全局加权有限差分薄板样条方法快速生成地面参考面;最后,设计一种顾及地形特征的自适应高程阈值,捕捉各种类型地面点,进而完成点云滤波。为验证本文方法的有效性,采用大规模地面滤波数据集OpenGF进行试验分析。结果表明,本文方法平均总误差和Kappa系数分别为2.45%、94.54%,整体性能优于10种代表性滤波方法;同时,本文滤波方法计算效率也具有显著优势。 展开更多
关键词 点云滤波 机载lidar 地形自适应 薄板样条
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一种基于地面LiDAR的建筑物点云多层次提取方法 被引量:2
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作者 李昊 《测绘科学》 北大核心 2025年第5期102-113,共12页
针对从地面激光雷达点云中提取建筑物时建筑物地脚线提取不完整及易受周边植被等地物的影响,提出了地面激光雷达的建筑物点云多层次提取方法。利用布料模拟滤波算法对地面点云和非地面点云进行初步区分;然后以不同的邻域半径对地面点云... 针对从地面激光雷达点云中提取建筑物时建筑物地脚线提取不完整及易受周边植被等地物的影响,提出了地面激光雷达的建筑物点云多层次提取方法。利用布料模拟滤波算法对地面点云和非地面点云进行初步区分;然后以不同的邻域半径对地面点云进行法线估计,计算每个点的法向量差,设定法向量差的阈值对地面点云进行二次分割;在此基础上,利用点云投影密度特征将非地面点云中建筑物点云与粘连着的非建筑物点云分隔开,再采用区域增长算法实现建筑物点云的准确提取,最后通过对城市测绘场景下建筑物空间特性分析和区域语义特征的建立,实现建筑物点云的识别和分类。使用3处典型城市场景建筑物点云数据进行验证,实验结果表明:本文方法提取到的建筑物较为完整,能够有效地将建筑物与粘连着的非建筑物点云区分开。 展开更多
关键词 城市竣工测绘 地面激光点云 点云分割 建筑物点云提取 地面滤波
原文传递
机载LiDAR点密度和插值方法对DEM的影响
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作者 卢成卓 吕杰 +3 位作者 赵昌福 自磊 杞应涛 胡建开 《激光与红外》 北大核心 2025年第8期1215-1222,共8页
机载LiDAR是获取高精度数字高程模型(DEM)的关键数据来源,而地形特征、点云密度和插值算法是影响复杂地形DEM构建的重要因素。本文以小江流域大白泥河的泥石流沟谷区域为例,选取五个不同地形的样方。对原始地面点云采用体素抽稀方法,抽... 机载LiDAR是获取高精度数字高程模型(DEM)的关键数据来源,而地形特征、点云密度和插值算法是影响复杂地形DEM构建的重要因素。本文以小江流域大白泥河的泥石流沟谷区域为例,选取五个不同地形的样方。对原始地面点云采用体素抽稀方法,抽取率分别为90%、70%、50%、30%、10%、5%、2.5%和1%。随后,利用IDW、Kriging、Spline、NN和Trend五种规则格网插值算法进行插值,生成相应的DEM并进行精度评价,以研究地形、点云密度和插值方法对DEM精度的影响。结果表明,IDW算法的最佳参数是权重指数为2和12个搜索点;Kriging算法使用高斯核函数和12个搜索点;Spline算法则采用规则样条函数和16个搜索点。另外,Trend方法对于复杂地形不适用。在低点云密度(1~20点/m^(2))下,Spline插值可能出现“失真”,而其他插值算法能够较为准确地描述地形特征。点云抽取率与DEM精度呈正相关关系,当抽取率低于30%时,随着抽取率的减小,误差增大,DEM精度降低;当抽取率超过30%时,精度达到最高后趋于稳定。DEM精度与地形复杂度密切相关,误差较大的区域主要分布在地形起伏变化显著的地方。该研究为复杂地形中LiDAR点云构建高精度DEM提供了参考依据。 展开更多
关键词 lidar 点云 空间插值 点云密度 DEM
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