基于地面三维激光扫描技术的潮滩地物分类和含水量反演研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liouxing1984
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地面三维激光扫描技术(TLS,Terrestrial Laser Scanning)凭借其高精度和高分辨率等特点,已应用于地球科学多个领域的研究。TLS在提供目标物三维坐标信息的同时,还提供了可以反映目标物表面特性的强度数据,但在潮滩区域TLS强度数据的应用还不多见。本文将TLS强度数据应用于潮滩地物分类和表层沉积物含水量估算。由于强度数据受入射角和距离效应影响,需改正后才能应用于地物分类和沉积物含水量估算。本文首先提出一种有效的强度数据改正方法,包括利用室内目标物实验消除入射角效应,以及利用野外均质水泥路面消除距离效应影响。在此基础上,结合沉积物含水量测定和室内控制实验,利用改正后的强度值对潮滩进行地物分类和表层沉积物含水量反演。获得的主要认识如下:(1)本文提出的强度数据改正方法可以有效地消除入射角和距离效应,最终得出的改正后强度值能很好反映目标表面特性。在室内入射角改正实验中,4个不同材质目标物改正后强度数据的变异系数(Coefficient of Variation,CV)平均下降93%;在野外距离改正实验中,选取的3条水泥路面最终改正后强度数据的CV值平均下降83%,说明本文强度改正方法适用于不同目标,并有效降低了原始强度值的离散程度。(2)在上海市崇明岛潮滩,利用建立的强度改正方法对点云进行改正,改正后的强度数据CV值较原始强度数据降低54%。利用k均值聚类算法,依据改正后的强度值将潮滩分为光滩、植被和水泥路面三类,混淆矩阵中F1-Score指标表明最终改正后强度值分类精度为81%,相比较原始强度数据,分类精度提高了49%。影响分类精度的主要因素有目标平面法向量建立不准确、目标物表面对激光的镜面反射等。(3)通过室内控制实验,发现表层沉积物含水量与改正后强度的关系可用指数函数进行拟合,利用该函数估算潮滩沉积物表层含水量与实测含水量的均方根误差为3%。(4)上述结果表明,经过入射角和距离效应改正后的TLS强度值,可有效应用于潮滩地物分类和表层沉积物含水量估算。
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