趙鍵哲臺灣大學：土木工程學研究所王滙智Wang, Hui-ZhiHui-ZhiWang2007-11-252018-07-092007-11-252018-07-092007http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/50076完整波形分析是未來空載光達系統的選項之一，由於其記錄著雷射光波與地物表之反射作用，倘搭配合適的波形處理及時間點偵測模式，對於場景解析及精確之幾何定位均有所助益。本研究設計空載光達系統幾何定位與完整波形模擬器，可有效模擬空載光達系統並產生回波波形作為實驗資料。本研究主要目的為針對各種時間點偵測方式測試分析完整波形光達系統之優勢，除此之外並探討完整波形處理的方法包括波形預處理、多重疊波分解與光達點位座標萃取。並輔以模擬實驗證明藉由完整波形分析可以獲得較準確的建物邊緣線上之點座標。Full waveform analysis has been becoming one of the options for airborne LIDAR systems. Due to having the complete echo of laser pulse on the surface/object it hits, the detailed scene interpretation as well as the precise positioning performance can be expected if waveform processing and timing determination are to be well considered. Therefore, a geometric positioning and a full waveform simulator are designed in this study to generate the full echo of a laser pulse together with its geometric parameters. By using these two simulators, the author demonstrates the impacts of employing different algorithms of timing determination on the positioning accuracy. In addition, waveform processing, mainly on pre-processing and multi-waveform decomposition, and precise position determination are deeply investigated. The experiments reveal that the more precise position of the building boundary can be obtained by means of the proposed full waveform analysis as compared to the traditional one that does not include this function.口試委員審書…………………………………………………………ii 致謝…………………………………………………………….....iv 中文摘要 ………………………………………………………………vi 英文摘要 ……………………………………………………………vii 目錄…………………………………………………………………viii 表目錄…………………………………………………………………xi 圖目錄………………………………………………………………xiii 各類符號指標意義對照表……………………………………………xvi 第一章 前言 2 1-1研究動機與目的 2 1-2相關文獻回顧 3 1-3研究方法與流程 6 1-4論文架構 7 第二章 空載光達系統 10 2-1雷射測距與掃瞄單元 10 2-1-1雷射測距 11 2-1-2光學－機械掃瞄器 14 2-2定位單元與控制與處理單元 14 2-3其他單元 14 2-4空載光達資料精度 15 第三章 空載光達模擬器 20 3-1幾何定位模擬器 20 3-1-1 幾何定位模擬器原理概述 21 3-1-2 三維物空間模型 22 3-1-3 模擬器參數設定與流程 22 3-1-4 系統誤差模擬 23 3-1-5 地形掃瞄模擬測試 27 3-2完整波形模擬器 28 3-2-1 演算法 29 3-2-2 雷射能量分布與物表特性 31 3-2-3 計算等高線所圍面積 33 3-2-4 結合幾何定位與完整波形模擬器 35 3-3 完整波形模擬器流程 37 第四章 脈衝回波分析 40 4-1雷射測距時間偵測模式 40 4-2多重疊波分解 43 4-2-1　EM (Expectation Maximization )演算法 44 4-2-2最小二乘法 46 4-2-3 計算起始值與波峰數估計 47 4-3 波形預處理 47 4-4 光達點位萃取、分類與建物邊緣光達點位萃取 48 4-4-1 光達點位萃取、分類 48 4-4-2建物邊緣光達點位萃取 48 第五章 實驗與分析 56 5-1影響回波之變因與時間偵測模式分析 57 5-1-1地形特性與回波波形之關係 57 5-1-2 footprint離邊緣線之距離對距離精度之影響 60 5-1-3建物高差與掃瞄角度對距離精度之影響 61 5-1-4反射強度對時間偵測模式之影響 64 5-2以地面光達模擬場景測試實驗：在建物邊緣交界處之光達點位座標精度分析 65 5-3以實際DSM地形資料測試光達點位錯位誤差實驗 70 5-3-1 錯位誤差分析 71 5-3-2 比較光達系統誤差與物表錯位誤差 72 5-4以模擬實驗測試不同時間偵測模式偵測多重疊波的能力 75 5-5多重疊波分解實驗 77 5-6光達點位萃取 78 5-6-1光達點位萃取 78 5-6-2建物邊緣光達點位萃取 80 5-7實際資料測試 91 5-7-1實驗資料介紹 92 5-7-2波形預處理與時間偵測模式測試 93 5-7-3多重疊波分解測試 94 第六章 結論與建議 98 6-1結論 98 6-2建議與未來展望 100 參考文獻 102 附錄：以富立葉轉換求解雷射發射時刻的單位脈衝之回波 1064215449 bytesapplication/pdfen-US完整波形空載光達系統完整波形模擬器EM演算法高斯混和模型系統誤差full waveformairborne LiDAR systemfull waveform simulatorEM algorithmGaussian Mixed Modelsystem errorthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/50076/1/ntu-96-R93521124-1.pdf