Сборник научных трудов по материалам

144 

/
z dy

– градиент высот между Z2 и Z8 
Величины Z2, Z4, Z6 и Z8 определяются в соответствии с принципом 
рисунка 2а. Данные величины являются примыкающими значениями цен-
тральных точек (Z5) окна расчета. Центральной точкой выступает каждое 
измерение облака, полученного в результате НЛС. Результатом вычислений 
является направление максимального градиента тренда, по которому осу-
ществляется выбор оператора смещения, что представлено на рисунке 2. 
Рис. 2. Принцип расчета производных (А.) и выбора направления смещения
к 8 направлением румба
(B.) 
Оператор смещения представляет собой маску конволюции в форме [0 
0 0 0 1], выбор которого зависит от секторов румба, на которые делятся по-
лучаемые величины β. 
На следующем этапе производится вычисление производной для квад-
рата результатов измерений, с целью подчеркнуть переход малых величин 
интенсивности перепада высот (в зоне пляжа) к большим значениях (в зоне 
коренного берега или дюны) (формулы 2 и 3).
2
2
1
z
z
tan
x
y













  












(2) 
2
α*[маска конволюции]
τ
α
α


(3) 
Результатом произведенных вычислений (τ) становится градиент вели-
чин в области интенсивного перепада высот. На основании некоторой поро-
говой величины (N), представляется возможным разделить результаты изме-
рений на две структурные части – зону пляжа (τ < N) и зону коренного берега 
(дюны) (τ > N). Общий вид процесса и результатов представлен на рисунке 3. 
Рис. 3. Порядок разделения НЛС береговой зоны на зоны 

145 
Деление результатов наземного лазерного сканирования в береговой 
зоне на компоненты, такие как пляж и зону коренного берега (дюны) позво-
ляет, анализировать инородные объекты, локализованные на пляже. Локали-
зацию объекта можно осуществить на основании анализа его внешних гра-
ниц, для чего возможно использовать детекторы границ, например оператор 
Кэнни, анализирующий точки максимума градиента [1]. Данная возможность 
позволяет выделить внешний контур выступающего объекта на относительно 
выровненной поверхности пляжа. 
Алгоритм оператора основан на поиске границ в областях, где градиент 
величин ЦМР приобретает максимальное значение, это осуществляется по-
средством следующих этапов: 
1. Расчет приближенных производных ядрами (масками) Собеля [3]. 
Используются ядра 3х3 которым обрабатываются исходные ЦМР (M), от-
дельно в направлении x и y (формулы 3 и 4) 
y
1
2
1
G
0
0
0 *M
1
2
1







 








(3) 
x
1 0
1
G
2
0
2 *M
1 0
1





 







(4) 
где: * – двумерная операция свертки 
G
y
, G
x
– приближенные производные по относительной горизонтали и 
вертикали. 
2. Расчет градиента G и угла направления градиента θ, используя вы-
численные производные G
y
и G
x 
(формулы 5 и 6) [4] 
2
2
y
x
G
G
G


(5) 
y
x
G
θ arctg(
)
G

(6)
3. Подавление немаксимальных величин осуществляется для выделе-
ния значений, в которых реализуется условие достижения локального макси-
мума градиента G в направлении угла θ. Направления градиента, для этой за-
дачи, разделяются на четыре основных направления, в соответствии с рисун-
ком 4. 
Рис. 4. Принцип деления направлений θ на категории 
4. Двойная пороговая фильтрация необходима для определения факта 
нахождения границы инородного тела. Для этого подбираются две величины 

146 
(T
1
и T
2
) таким образом, чтобы искомая граница объекта (E) могла быть од-
нозначно определена (T
2 
< E < T
1
). 
Обработка зоны пляжа оператором Кэнни на различных этапах позво-
лила получить результат, отображенных на рисунке 5. 
Рис. 5. Порядок выделения инородных объектов с НЛС зоны пляжа оператором Кэнни 
Выделение инородных объектов позволяет локализовать их местопо-
ложения в используемой системе координат. Пространственное совпадение 
зон местоположения предоставляет возможность выделить соответствующие 
некорректные точки из общего массива измерений сканирования. Результат 
отделения точек измерений объектов расположенных в зоне пляжа от масси-
ва данных, полученных в ходе сканирования представлено на рисунке 6. 
Рис. 6. Точки измерений инородных объектов на общем массиве данных 
Подготовка корректных цифровых моделей рельефа играет первосте-
пенную роль в береговых исследованиях. Перенос вещества, подчиненный 
протекающим в данной зоне процессам находит свое отражение в геоморфо-

147 
логических формах. С высокой степень детальности данные формы и их ди-
намика может быть исследована с применением технологии наземного ла-
зерного сканирования. При сканировании, измерения имеют сплошной ха-
рактер, включая в себя не только данные о рельефе местности, а также и о 
инородных объектах. Детекторы края, используемые в цифровой обработке 
изображений, хорошо зарекомендовали себя как средство выделения конту-
ров объекта на основе градиента яркости. Аналогичный подход может быть 
успешно применена и для анализа градиентов высот на границах инородных 
тел, присутствующих на ЦМР. Очистка данного рода объектов позволяет из-
бежать внесения в вычисления ошибок и неточностей, связанных с занимае-
мыми этими телами объемами, и локальными повышениями высот. Построе-
ние ЦМР с минимальными ошибками дает возможность делать более точные 
расчеты динамики высот в рядах измерений, объемов эрозии и аккумуляции, 
а также геоморфометрические индексы. В проведенном исследовании ука-
занный метод позволил говорить о возможности прототипирования процесса 
автоматизации вычистки «сырых» данных НЛС, однако данное направление 
нуждается в дальнейшей проработке и универсализации. 

жүктеу/скачать 3,44 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: