基于機(jī)載激光雷達(dá)點(diǎn)云的雪道坡度提取算法

白莎莎，張海洋，許世東，陳思祺，張子龍，趙長明

（1.光電成像技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；2.北京理工大學(xué) 光電學(xué)院，北京 100081）

引言

在2022年冬季奧運(yùn)會(huì)的帶動(dòng)下，結(jié)合“三億人上冰雪”政策帶來的歷史機(jī)遇，我國滑雪場和滑雪運(yùn)動(dòng)發(fā)展迎來了黃金時(shí)期[1]，雪場數(shù)量和滑雪愛好者數(shù)量顯著增加，各類冰雪項(xiàng)目層出不窮。但是，現(xiàn)階段我國大部分雪場設(shè)施不夠完善[2]，選址和場地布局上規(guī)劃欠佳，缺乏雪場空間環(huán)境的高精度參數(shù)評估[3]。與此同時(shí)，滑雪運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)，高山滑雪項(xiàng)目中，由于垂直高度差較大，專業(yè)選手滑行速度可以超過130 km/h，特別是下降滑雪項(xiàng)目，最高速度可達(dá)230 km/h，運(yùn)動(dòng)員受傷幾率很高。因此，雪場的坡度信息獲取工作顯得尤為重要。獲取雪場的高精度坡度信息，不僅有利于雪場的規(guī)劃和建設(shè)，對于運(yùn)動(dòng)員成績的提高和運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避也能起到至關(guān)重要的作用。

最近幾十年，隨著無人機(jī)操控技術(shù)、高精度激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展以及高性能相機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)廣泛應(yīng)用在氣象監(jiān)測[4]、機(jī)器人導(dǎo)航和避障[5-10]、三維制圖和地形可視化[11-14]、進(jìn)程環(huán)境感知[15-16]、山區(qū)水電測繪工程[17]、植被研究[18]、建筑物線提取[19-20]等領(lǐng)域中。但國內(nèi)關(guān)于使用機(jī)載激光雷達(dá)獲取雪場點(diǎn)云數(shù)據(jù)的相關(guān)文獻(xiàn)較少，通過雪場點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取雪道信息的文獻(xiàn)更是寥寥無幾。主要原因是雪對激光獨(dú)特的反射特性導(dǎo)致固定波長的激光對雪的掃描效果不佳[21]。……