PAGEPAGE2激光雷達遙感定量化關鍵技術及應用項目介紹項目名稱激光雷達遙感定量化關鍵技術及應用提名單位：河南省人民政府提名單位意見：激光雷達技術是對地觀測技術的重大突破之一。項目瞄準國際前沿和國家重大需求，歷經十余年的理論研究和技術創新，在激光雷達遙感機理、定量化數據處理和多行業應用等方面取得了一系列創新性成果。（1）創新發展了激光雷達定量化成像機理模型，研發了激光雷達過程定量化模擬平臺，實現了復雜環境下激光波形模擬技術的重大突破；（2）攻克了激光雷達系統檢校、質量控制、波形分解、點云濾波、光子去噪等核心關鍵技術，研制了我國第一套定量化激光雷達數據處理軟件；（3）創建了系列植被結構和生理參數反演模型，解決了低矮植被、復雜地形、密集覆蓋下植被參數反演的難題，為激光雷達在森林資源調查、生物多樣性監測、精準農業等領域應用提供了方法支撐；（4）突破了激光雷達電力線三維精細建模、危險點精準探測與預警分析等核心關鍵技術，開發了具有完全自主知識產權的機載激光雷達電力巡線軟件，完成了國家電網超過7萬千米的巡線任務。項目制定了行業標準2部，獲國家發明專利18項、實用新型專利1項，軟件著作權35項，出版專著2部，發表文章207篇（其中SCI138篇，JCR一區37篇）。對照國家科學技術獎授獎條件，提名該項目申報2019年度國家科學技術進步獎二等獎。項目簡介激光雷達遙感技術在三維空間信息獲取與分析上具有獨特優勢，屬于對地觀測領域的重點發展方向。然而，其獨特的成像原理以及多平臺多模態的觀測方式限制了激光雷達定量化水平，給測繪、林業、電力等行業應用帶來新的挑戰。本項目團隊歷時十余年率先完成了激光雷達“成像機理-數據處理-行業應用”全過程研究，突破了系列核心關鍵技術，研制了數據處理和應用軟件，同時制定了行業標準，顯著提升了我國激光雷達定量化應用水平。主要創新如下：（1）創新發展了激光雷達定量化成像機理模型，研發了國內首個激光雷達過程定量化模擬平臺，實現了復雜環境下激光雷達波形模擬的技術突破，涉及激光器壽命、脈沖能量、接收口徑、衛星姿態等21個激光器和平臺參數，波形模擬精度可達98%，為我國星載激光雷達計劃提供傳感器模擬與應用指標論證。（2）構建了激光雷達數據定量化處理與信息提取技術體系，突破了設備檢校、點云配準、波形分解、點云濾波、光子去噪、三維模型構建等核心關鍵技術，研制出我國第一套定量化激光雷達數據處理軟件（點云魔方，PCM）并向國內外用戶免費下載使用，加速了激光雷達技術在我國的行業應用。（3）創建了植被結構和生理參數定量反演模型32個，解決了低矮植被、復雜地形、密集覆蓋環境下植被參數高精度反演的技術難題，引領了激光雷達遙感在森林資源調查、生物多樣性監測、精準農業等領域的應用，為我國參與碳排放和應對全球氣候變化的國際談判提供了科學數據。（4）率先實現了我國激光雷達電力巡線的業務化運行，攻克了激光雷達在電力走廊關鍵地物自動化高精度分類、電力線三維精細建模、危險點精準檢測與預警分析等技術難題，分類精度、危險點檢測精度分別達到90%和95%以上，研制了智能化機載激光雷達電力巡線軟件，并在國家電網、南方電網得到廣泛應用。本項目成果解決了激光雷達定量化數據處理關鍵技術與行業應用難題，實現了從定性分析到定量應用的重大轉變，為我國星載激光雷達計劃提供傳感器模擬與應用指標論證；制作的全球森林高度分布圖被中國《第三次氣候變化國家評估報告數據與方法集》采納，森林生物量模型被國際ESI高被引論文收錄，為我國參與碳排放和應對全球氣候變化的國際談判提供了科學數據；研制的我國第一套定量化激光雷達數據處理軟件“點云魔方”已成為目前國內最流行的激光雷達軟件，其中布料濾波算法已被集成于國際主流激光雷達軟件（如CloudCompare等）；完成了超過7萬千米的高壓/特高壓輸電線路巡檢、2萬公頃林業資源調查、2000平方千米城市三維建模等任務。項目成果主要包括：制定行業標準2部，授權國家發明專利18項、實用新型1項、軟件著作權35項，出版專著2部，發表論文207篇（其中SCI論文138篇），獲省部級獎勵5項。此外，本項目培養碩、博士107名，形成了一支激光雷達數據定量化處理與應用創新領軍團隊?？陀^評價1.科技成果評價意見河南省科學技術信息研究院于2017年12月15日組織有關專家對成果進行了評價，以國務院測繪學科評議組成員孫群教授為組長的專家組一致認為：項目成果突破了多平臺激光雷達數據定量化關鍵技術，研發了相應的數據處理軟件，提高了激光雷達數據處理和應用的定量化水平，星載激光雷達數據質量評價技術填補了國內外空白，研究成果達到國際先進水平。2.同行評價與成果引用（1）運用研制的激光雷達定量化技術制作了我國第一幅全球森林平均高度分布圖，空間分辨率和樹高估算精度均優于美國NASA同類產品（空間分辨率：0.5kmvs1.1km；RMSE：3.85mvs4.81m），被中國《第三次氣候變化國家評估報告》和《遙感監測綠皮書——中國可持續發展遙感監測報告（2016）》采納。（2）研制的激光雷達建筑物三維建模和“點云魔方”軟件應用于中科院國際合作重點項目“吳哥遺產地環境遙感”，實現了柬埔寨吳哥窟茶膠寺的數字化與三維建模，新華社等眾多媒體進行了報道，同時得到了聯合國教科文組織（UNESCO）、柬埔寨政府的高度評價。（3）項目成果發表在《ISPRSJournalofPhotogrammetryandRemoteSensing》、《IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing》等遙感領域頂級學術期刊，其中JCR一區SCI論文37篇，并被國際同行廣泛引用，其中JCR一區SCI論文37篇，并被國際同行廣泛引用，如“Estimationofwetlandvegetationheightandleafareaindexusingairbornelaserscanningdata”(EcologicalIndicators,2015)已被引用52次。（4）本項目提出的布料濾波算法自2016年6月發表以來，總引用109次，其中SCI引用38次，并被集成于國際經典點云處理軟件CloudCompare，以及商品化攝影測量軟件3DFZephyr中，C++、Python、R、Matlab等也將該算法納入其算法庫中。（5）森林生物量模型得到國際同行的高度認可和引用，所發表文章（EcologicalIndicators,2016）被ESI高被引論文收錄。3.曾獲科技獎勵情況本項目共獲得測繪科技進步一等獎1項，河南省科技進步二等獎2項，測繪科技進步二等獎2項。4.知識產權情況制定行業標準2部，授權國家發明專利18項、實用新型1項、軟件著作權35項，出版專著2部，發表論文207篇（其中SCI論文138篇，JCR一區37篇）。應用情況本項目成果已經推廣應用到全國27個省市區，在電力巡檢、基礎測繪與更新、林業調查、數字城市和文物保護等多個行業得到了廣泛應用。1）在國家電網完成超過7萬千米的高壓輸電線路數據獲取和安全巡線任務。2）在河南、湖南等省市應用，完成了2萬公頃的林業資源調查任務。3）在河南、新疆、海南、河北等省市應用，完成了超過2萬平方千米的測繪、基礎地理信息和20余個煤礦地理礦情數據庫建設和更新任務，生產了高精度的DEM、DLG等基礎測繪產品。4）在河南、天津、內蒙、海南等省市應用，完成了2000平方千米的城市三維建模。5）在柬埔寨吳哥窟世界文化遺產保護應用，完成了茶膠寺的三維數字化與重建。主要知識產權和標準規范等目錄知識產權（標準）類別知識產權（標準）具體名稱國家（地區）授權號（標準編號）授權（標準發布）日期證書編號（標準批準發布部門）權利人（標準起草單位）發明人（標準起草人）發明專利（標準）有效狀態其他星載激光雷達數據處理與應用中國ISBN:97870304317452015.02018894科學出版社王成、習曉環、駱社周、李貴才其他有效知識產權計算機軟件著作權基于頂帽變換的機載激光三維點云去噪系統V1.0中國2018SR8896772018.8.2103159584河南理工大學張合兵王宏濤其他有效知識產權行業標準直升機激光掃描輸電線路作業技術規程中國DL/T1346-20142015年3月47919-2015國網通用航空有限公司尚大偉、易輝、沈建、劉偉東、汪駿、王和平、武藝、孔令宇其他有效知識產權發明專利直升機電力巡檢系統及方法中國ZL201410822334.72017.08.252596581國網通用航空有限公司、北京北科天繪科技有限公司、國家電網公司汪駿、王和平、郭曉冰、沈建、張慶祥、方平凱有效專利發明專利一種基于機載激光雷達點云的電力線三維重建方法中國ZL201510145070.02015.10.122344687中國測繪科學研究院林祥國、張繼賢、段敏燕、臧藝有效專利發明專利一種面向對象的機載激光雷達點云濾波方法中國ZL201510920332.62015.10.092244698中國測繪科學研究院林祥國、段敏燕、張繼賢有效專利實用新型專利同步獲取地物信息的激光掃描多維近距遙感系統中國ZL201820212066.02018.09.287897434北京大學林沂、史振偉、晏磊有效專利其他ArevisedterraincorrectionmethodforforestcanopyheightestimationusingICESat/GLASdata美國ISSN10.15DOI：10.1016/j.isprsjprs.2015.07.008ISPRSJournalofPhotogrammetryandRemoteSensing聶勝、王成，曾鴻程，習曉環，夏少波其他有效知識產權計算機軟件著作權基于模板連通算子的主被動遙感數據建筑物區域提取系統V1.0中國2018SR8894282018.1103159531河南理工大學張合兵王宏濤其他有效知識產權其他FusionofairborneLiDARdataandhyperspectralimageryforabovegroundandbelowgroundforestbiomassestimation美國ISSN:1470-160X2017.02DOI:10.1016/j.ecolind.2016.10.001EcologicalIndicators駱社周、王成、習曉環、潘霏霏、彭代亮、鄒杰、聶勝、秦海明其他有效知識產權

主要完成人情況姓名王成排名1行政職務室主任技術職稱研究員工作單位中國科學院遙感與數字地球研究所完成單位中國科學院遙感與數字地球研究所對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（1）、（2）、（3）、（4）做出貢獻。作為項目負責人，組織了該項目的理論方法研究、技術攻關及成果推廣應用，主要貢獻包括：（1）構建了激光雷達模擬平臺，解決了星載激光雷達全波形分解、地形校正、空間外推等技術難題；（2）研制了我國第一幅全球森林高度分布圖；（3）針對不同植被類型分布開發相應的算法，解決了激光雷達在茂密森林、濕地植被、農作物等植被參數反演難題。主要完成人情況姓名習曉環排名2行政職務無技術職稱副研究員工作單位中國科學院遙感與數字地球研究所完成單位中國科學院遙感與數字地球研究所對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（1）、（2）、（3）做出貢獻。主要貢獻包括：（1）構建了星載、機載、地面激光雷達植被參數反演模型；（2）反演方法與模型研究，以及星載激光雷達與光學影像融合、地面激光雷達文化遺產保護等，解決了星載激光雷達與多源數據融合、大型文化遺產數字化重建與保護等技術難題。

主要完成人情況姓名張合兵排名3行政職務副院長技術職稱教授工作單位河南理工大學完成單位河南理工大學對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（2）、（3）、（4）做出貢獻。主要貢獻包括：（1）提出了基于頂帽變換的機載激光三維點云去噪算法和建筑物自動提取算法；（2）參與提出了基于星載GLAS數據的森林冠層高度反演模型；（3）組織實施了項目研究成果在林業資源調查以及電力巡線的行業應用，為項目研究成果完善和技術改進提供了支撐。主要完成人情況姓名王和平排名4行政職務無技術職稱高級工程師工作單位國網通用航空有限公司完成單位國網通用航空有限公司對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（2）、（4）做出貢獻。主要貢獻包括：（1）負責開發機載激光雷達電力巡檢與預警系統，解決了電力線三維精細建模、危險點精準檢測與預警分析等技術難題；（2）組織實施研究成果在國家電網系統進行推廣應用。

主要完成人情況姓名林祥國排名5行政職務無技術職稱副研究員工作單位中國測繪科學研究院完成單位中國測繪科學研究院對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（3）做出貢獻。主要貢獻包括：（1）提出了機載激光雷達點云分類算法，顯著提高了危險點檢測效率；（2）提出了分裂導線精細三維重建方法，提高了電力線三維建模與危險點精準檢測的精度。主要完成人情況姓名林沂排名6行政職務無技術職稱研究員工作單位北京大學完成單位北京大學對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（2）、（3）做出貢獻。提出并開發了移動式地面三維植物結構表型分析系統M3PSP，完成了激光雷達植被參數反演研究。

主要完成人情況姓名張吳明排名7行政職務無技術職稱教授工作單位北京師范大學完成單位北京師范大學對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新（2）做出貢獻。創新性提出了布料模擬點云濾波（CSF）算法，并被集成于點云魔方及激光雷達電力巡檢軟件系統中。主要完成人情況姓名張曉麗排名8行政職務無技術職稱教授工作單位北京林業大學完成單位北京林業大學對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新的（2）、（3）做出貢獻。合作提出了10個機載激光雷達植被結構和生理參數反演模型，并在北京、內蒙等林區開展了推廣應用。

主要完成人情況姓名聶勝排名9行政職務無技術職稱助理研究員工作單位中國科學院遙感與數字地球研究所完成單位中國科學院遙感與數字地球研究所對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新的（1）、（3）做出貢獻。提出了星載大光斑激光雷達數據質量評價方法；針對星載、機載激光雷達數據，構建了植被結構和生理參數反演模型，解決了復雜地形、茂密植被、低矮植被等條件下的植被參數反演難題。

主要完成人情況王宏濤王宏濤王宏濤10無無無講師工作單位河南理工大學完成單位河南理工大學對本項目技術創造性貢獻：對主要技術創新的（2）做出貢獻。提出了機載激光雷達點云與數字航空影像融合的建筑物三維建模算法；參與研制了基于頂帽變換的機載激光三維點云去噪軟件和建筑物自動提取系統。

主要完成單位情況單位名稱河南理工大學排名1創新推廣貢獻：項目第一完成單位，負責項目的組織實施和成果應用推廣工作，主要貢獻為：（1）聯合中國科學院遙感與數字地球研究所，率先開展激光雷達成像機理-數據處理-行業應用全鏈路過程定量化研究；（2）主持開展了激光雷達典型地物目標提取算法研究，制定了機載激光雷達建筑物三維建模和電力巡線技術實施方案和質量控制體系；（3）結合行業和地方需求，先后采用項目關鍵技術完成了河南等省份的電力巡線工作和林業資源調查工作，并在生態環境保護、數字城市建設以及文化遺產保護等領域積極進行項目成果的推廣應用。主要完成單位情況單位名稱中國科學院遙感與數字地球研究所排名2創新推廣貢獻：項目第二完成單位，主要貢獻為：（1）完成了激光雷達成像機理，激光雷達數據處理的理論研究與算法實現；（2）融合激光雷達與多源遙感數據，構建了森林植被、濕地植被以及農作物等高度、LAI、fPAR、生物量定量反演模型，制作了我國首幅全球森林高度圖；（3）主持開發了激光雷達電力巡線軟件；（4）開展國際合作，實現了吳哥窟茶膠寺的數字化與三維建模。主要完成單位情況單位名稱國網通用航空有限公司排名3創新推廣貢獻：項目第三完成單位，主要貢獻為：（1）提出了電力線路危險點檢測理論與方法，與中國科學院遙感與數字地球研究所合作開發了激光雷達電力巡線軟件；（2）研發了架空輸電線路的激光雷達數據獲取系統；（3）負責研究成果的推廣應用，組織完成了國家電網超過7萬千米的輸電線路巡線任務。主要完成單位情況單位名稱中國測繪科學研究院排名4創新推廣貢獻：項目第四完成單位，主要貢獻為：（1）提出了激光雷達定量化應用數據處理算法和電力要素三維建模方法；（2）基于星載激光雷達數據，制作了全球控制點數據庫，完成了無人區基礎測繪工作。主要完成單位情況單位名稱北京大學排名5創新推廣貢獻：項目第五完成單位，構建了激光雷達植被參數反演模型，研發了移動式地面三維植物結構表型分析系統M3PSP，實現了復雜地形條件下的植被結構參數定量化反演。主要完成單位情況單位名稱北京師范大學排名6創新推廣貢獻：項目第六完成單位，提出了點云與影像融合的建筑物三維建模方法，開發了基于布料模擬的激光雷達點云濾波算法。單位名稱北京林業大學排名7創新推廣貢獻：項目第七完成單位，合作申請并完成了科技部重大儀器研制專項：機載雙頻激光雷達產品開發和應用（2013YQ120343）；完成了機載激光雷達森林植被結構和生理參數反演模型，并在北京、內蒙等林區開展了推廣應用。完成人合作關系說明本項目由河南理工大學、中國科學院遙感與數字地球研究所、國網通用航空有限公司、北京大學、北京師范大學、北京林業大學等7家單位合作完成。在項目實施過程中，各主要完成人分工合作，分別做出了各自的貢獻。完成人合作關系說明如下：第1完成人王成為我國激光雷達遙感領域的學術帶頭人，現任國際數字地球學會中國國家委員會委員、激光雷達專業委員會主任。負責制定本項目總體技術方案，對項目成果和項目團隊建設作出了突出貢獻。與第2（習曉環）、9（聶勝）完成人合作開展了激光雷達模擬平臺、植被參數反演模型研究，以及星載激光雷達數據處理軟件研制；與第4（王和平）、5（林祥國）完成人合作開展了機載激光雷達電力巡線關鍵技術與三維建模研究；與第2、6（林沂）、7（張吳明）、10（王宏濤）等合作完成系列植被參數反演算法和建筑物三維模型重建；與第8完成人（張曉麗）完成了機載激光雷達森林植被結構和生理參數反演模型，并進行了推廣應用。第2完成人習曉環與第4、7等完成人合作開展了地面激光點云數據處理算法研究并應用于文化遺產數字化保護，與1、6、9完成人共同完成了系列植被參數反演模型構建，與9、10完成人合作申請并完成了3項國家自然科學基金以及2項高分專項等項目。第3完成人張合兵與第1、2、10完成人合作開展了激光雷達建筑物三維建模技術研究，并共同完成了移動激光點云數據的噪聲濾除研究。第4完成人王和平與第1、2、9完成人在激光雷達電力巡線方面開展了長期的合作，合作開發了激光雷達電力巡線軟件，并將激光雷達推廣到國網、貴州電網等業務化巡線中。第5完成人林祥國與第1、2、4、7、9完成人合作開展了輸電線機載激光點云處理技術研究，并合作開發了機載激光雷達數據處理軟件。第6完成人林沂和第1完成人合作創新設計了一套移動式地面三維植物結構表型分析系統M3PSP，完成了激光雷達植被參數反演研究。第7完成人張吳明與第1、2、10完成人開展了激光數據濾波算法、激光雷達數據處理軟件開發。第8完成人張曉麗與第1、2完成人合作申請了科技部重大儀器研制專項項目，并完成了機載激光雷達森林植被結構和生理參數反演模型及其推廣應用第9完成人聶勝曾在第1完成人指導下攻讀博士學位，合作完成了