面向黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀量估算的机载LiDAR数据处理方法研究

水土流失是世界性的环 境问题之一，严重的水土流 失导致土地退化、江河淤塞 、生态环境恶化等一系列问 题。我国是世界上水土流失 最为严重的国家之一，水土 保持与治理工作面临着严峻 的挑战。水土流失量估算及 监测是定量评价土壤侵蚀状 况的有效手段及进行水土保 持的基础，如何高精度估算 土壤侵蚀量和监测水土保持 效果是水土流失区域治理中 迫切需要研究的关键技术问 题。 机载激光雷达（Light Detection and Ranging， LiDAR）是一种实时获取密 集三维空间信息的主动式对 地观测系统，其出现为大范 围土壤侵蚀监测和地形、地 貌特征提取提供了新的数据 基础与手段。然而，海量的 点云数据、空间范围大和自 然地物的复杂性严重制约着 机载LiDAR点云数据后处理 的发展。本书针对黄土高原 的土壤侵蚀问题，结合黄土 高原的地貌地形特征，充分 利用机载LiDAR的点云信息 ，对地形特征线提取、沟壑 点云分割、土壤侵蚀量估算 和土壤侵蚀预测模型进行了 研究，旨在更精确地评估水 土流失量。

1 绪论 1.1 研究背景与意义 1.1.1 研究背景 1.1.2 研究目的和意义 1.2 国内外研究进展 1.2.1 土壤侵蚀监测技术 1.2.2 机载LiDAR点云数据处理技术 1.2.3 土壤侵蚀量估算及预报 1.3 本书研究内容及技术路线 1.3.1 主要研究内容 1.3.2 技术路线 1.3.3 本书结构安排 2 黄土高原地形地貌及点云数据特征分析 2.1 黄土高原环境概况 2.1.1 概述 2.1.2 自然环境的地域性分异特征 2.1.3 侵蚀沟发育与环境特征 2.2 机载LiDAR数据特征分析 2.2.1 点云特征分析 2.2.2 机载LiDAR同机影像特征分析 2.2.3 机载LiDAR点云语义特征分析 2.3 本章小结 3 基于双重距离的聚类滤波算法研究 3.1 传统去噪方法 3.1.1 粗差类型分析 3.1.2 传统去噪方法 3.2 改进的k邻域点云去噪算法 3.2.1 k邻域去噪算法 3.2.2 去噪算法的改进 3.3 常用滤波方法及分析 3.3.1 点云数据空间索引方法 3.3.2 常用滤波方法 3.4 基于双重距离的聚类滤波方法 3.4.1 滤波算法原理 3.4.2 实验结果分析 3.4.3 滤波精度评价 3.5 本章小结 4 地形特征线提取方法研究 4.1 传统地形特征线提取方法 4.1.1 地形断裂线的定义 4.1.2 基于等高线方法 4.1.3 基于规则格网方法 4.1.4 基于激光点云方法 4.2 基于极大曲率的特征线提取方法 4.2.1 算法原理及分析 4.2.2 特征线自动化提取算法流程 4.3 实验结果与分析 4.3.1 实验数据 4.3.2 特征点提取 4.3.3 结果分析 4.4 本章小结 5 侵蚀沟点云分割方法研究 5.1 现有侵蚀沟分割方法 5.1.1 区域分割 5.1.2 交互式点云分割 5.1.3 自动化点云分割 5.2 基于表面特征差异侵蚀沟点云分割 5.2.1 侵蚀沟点云特征 5.2.2 特征差异分割方法 5.3 实验及结果分析 5.3.1 实验一 5.3.2 实验二 5.3.3 侵蚀沟参数提取 5.4 本章小结 6 黄土高原区土壤侵蚀量估算及应用研究 6.1 数据准备 6.1.1 DEM组织模型 6.1.2 孔洞修复 6.2 DEM重建方法 6.2.1 常用DEM内插方法 6.2.2 基于特征线约束的DEM重建 6.2.3 流失量估算 6.3 基于点云数据的土壤侵蚀应用研究 6.3.1 研究区概况 6.3.2 水土流失量估算流程 6.3.3 水土流失量估算实验过程 6.3.4 坡度坡向分析 6.4 土壤侵蚀预报预测模型 6.4.1 土壤侵蚀影响要素及相互关系 6.4.2 土壤侵蚀模型类型 6.4.3 侵蚀沟侵蚀预报预测模型研究 6.5 本章小结 7 结论与展望 7.1 结论 7.2 展望 参考文献