20、基于多视角和多时态机载激光扫描数据直接比较的城市区域变化检测

基于多视角和多时态机载激光扫描数据直接比较的城市区域变化检测

1 引言

1.1 问题描述

城市区域的变化识别与分析常用于诸如损坏检查、交通监测或城市发展记录等任务。城市物体的变化通常可归因于人类活动（如建筑物的建设、扩建或拆除），此外，季节因素（如树木的落叶情况）和自然灾害（如地震）也会在不同时间尺度上导致显著变化。在比较多时态遥感数据时，有几种类型的变化值得关注，常见的类别包括出现、消失、移动（如汽车）、变形或光谱特征改变的物体。

机载激光扫描（ALS）能够提供三维测量数据，便于直接比较几何特征。要检测多个 ALS 点云之间的差异，准确配准和对齐多时态数据是基本要求。此外，如果激光扫描仪用于支持城市区域监测、地形参考导航或快速变化检测等短期操作，数据采集和分析还需满足额外要求，例如直升机飞行员辅助系统、避障、城市地形着陆操作、搜索救援任务、应急服务或灾难管理等应用，需要能够即时处理距离测量数据，而非传统的离线处理预处理后的 ALS 数据。

1.2 概述

机载激光扫描通常将激光雷达（LiDAR）设备与高精度导航传感器安装在飞机上，一般会同步运行惯性测量单元（IMU）和全球导航卫星系统接收器（GNSS，如全球定位系统 GPS）与 LiDAR 扫描机制。

使用该传感器系统进行变化检测，需要先获取城市区域的三维参考数据，以便与当前测量的 ALS 数据进行比较。本文针对参考数据和当前三维数据均由 ALS 系统获取的情况进行变化检测研究。与传统的天底数据采集不同，我们采用倾斜前视激光扫描仪捕获场景，这种配置对于某些应用必不可少。在采集参考数据时，使用多条交叉飞行线，可实现全地形覆盖（如建筑物外立面等）。