甲烷(CH₄)是天然气的主要成分，快速探测潜在的天然气泄漏、科学预防泄漏事故的发生是保障城市天然气管道输运安全的关键。基于中红外可调谐半导体激光吸收光谱技术，研制了一种检测大气痕量甲烷的传感器系统。采用中心波长为3291 nm的带间级联激光器作为光源，探测CH₄位于3038.5 cm^－1处的较强吸收峰。采用有效光程为26.4 m的多通池作为气室，增强了气体吸收。采用波长调制光谱技术，降低了CH₄检测下限。Allan方差结果表明，当积分时间为54 s时，系统的检测下限为6.2×10^－10。采用LabVIEW平台获取了浓度数据和天气站数据，基于气体湍流模型，并结合粒子群优化算法，给出了一种移动式天然气泄漏源定位方法。利用所研制的传感器系统，在吉林大学校园开展了大气甲烷移动监测实验和天然气泄漏源定位实验，验证了该传感器系统具有较强的移动探测能力。研究结果为天然气泄漏快速溯源提供了一种有效途径。

移动测量系统可同时采集三维激光点云、影像纹理及位置姿态数据，但使用影像照片与激光点云配准融合难以满足高效率和高重叠度的需求。针对这一问题，提出一种在移动测量下使用视频影像与激光点云配准的方法。利用定位定姿系统（POS）传感器提供的位置姿态数据，结合共线方程模型得到视频影像关键帧与激光点云初始配准值；利用基于Robust估计的选权迭代法提高初始配准值精度，确定配准参数的精确值；自视频影像生成立体密集匹配点云，并与三维激光点云进行最邻近迭代配准。实验结果表明，视频影像与车载激光点云的配准方法是可行的，配准精度高，能满足城市街道三维重建、部件采集、目标提取等量测应用需求。

针对传统的道路测量方法存在效率低、安全性差,且无法快速直接地获取井盖病害信息的问题,提出了一种结合三维激光点云的井盖病害检测方法。通过分析点云数据中路面井盖的空间分布特征和强度反射特性,首先设计了梯度和布料模拟滤波(CSF)组合算法提取地面点后生成强度图像,然后通过自适应阈值对强度图像进行二值化,在此基础上用限制参数的Hough圆检测方法定位井盖位置,实现了路面井盖的精准提取;最后通过计算井盖中心和邻域点云高差均值,实现了井盖的沉降病害检测。对北京三环道路的实地数据进行实验,结果显示,该方法能直接准确地获取路面井盖位置和病害等信息,井盖提取准确率达到84%,精准率达到98%。与传统测量方式相比,该方法可有效提高井盖提取效率和作业安全性,有助于后期公路路面井盖的检测和维护工作。

可调半导体激光光谱技术（TDLAS）可实现温度、 组分浓度等多参数同时测量, 具有体积小、 响应速度快、 环境适应性高等优点, 逐渐成为燃烧流场诊断的主要手段之一。 TDLAS光谱测量常采用直接吸收技术和波长调制技术, 其中强度归一化的波长调制技术, 适合存在振动、 湍流等致光束偏转效应和强辐射本底等恶劣应用环境条件的燃气轮机流场参数测量。 基于TDLAS技术, 开展了1f归一化波长调制技术燃气轮机燃烧室温度、 组分浓度参数测量方法研究和实验室验证工作, 并在某燃气轮机单喷嘴台架进行了冷态、 热态试验验证, 实现了燃气轮机燃烧室沿气流方向温度及H2O、 CH4浓度二维分布测量。 采用1f归一化波长调制技术抑制台架振动、 热辐射背景噪声, 采用1 392, 1 469和1 343 nm蝶形封装的DFB激光器, 三支激光器的出光方式为时分复用, 选取H2O的7 185.6, 6 807.83和7 444.3 cm-1处的吸收线, 两两组合使用, 测量热态下一定范围内的温度和H2O浓度; 采用1 654 nm蝶形封装的DFB激光器, 选取CH4的6 046.96 cm-1处的吸收线进行冷态CH4浓度测量。 实验室对测量系统可靠性进行验证, 配置4%~6%范围内的CH4气体进行测量并与实际值对比, 浓度测量最大相对偏差为3.72%; 在高温炉中设定900~1 500 K范围内的温度台阶, 充入纯水汽, 计算不同设定温度和压力下的温度和浓度测量值, 温度测量最大相对偏差3.07%, 浓度测量最大相对偏差为-2.00%, 验证了该测量系统的可靠性。 台架燃气轮机实验中, 集成了一套小型化测量仪器, 设计多束激光收发一体的测量结构。 实验采用两个电动位移台, 搭载测量结构, 每间隔5 mm逐点移动采样, 对燃气轮机燃烧室300 mm×60 mm的燃烧区域进行测量, 获取了若干工况下冷热态结果。 通过双三次插值的方法绘制分辨率为0.5 mm的二维流场分布图, 结果分别反映了测量区域范围内CH4和火焰分布的真实状态。 为燃气轮机喷嘴燃料、 空气掺混情况和燃烧特性研究提供了新的研究方法和技术手段。

交通标志等道路设施的空间位置信息是城市三维建模的基本要素之一,也是道路设施养护管理的必要内容。为此,提出一种基于移动测量数据的小型交通标志自动提取方案,基于改进的卷积神经网络SlimNet模型对全景影像上的小交标进行检测,提出一种基于深度图的目标三维空间地理定位方法,并采用以中心点为准的距离判断法提取目标的对角线。选取三类小型交通标志的实测数据对所提方法进行验证分析。实验结果表明,SlimNet模型的平均正确率相比经典的VGG16(Visual Geometry Group 16)模型有4.2个百分点的提升。采用提出的地理定位和矢量化方案,三类目标在实验区的召回率和精确率均达到86%以上,证明整体方案的有效可行性。该方法为城市多类目标的精确三维空间地理定位提供新思路。

提出了一种利用混合规则几何面进行车载移动测量系统(MMS)激光扫描仪外参数检校的方法。该方法利用现实环境中普遍存在的平面和圆柱面地物, 结合平面和柱面可公式化的几何特征对激光点进行严密的数学方程式约束, 通过非线性优化的方法精确求解激光扫描仪相对于MMS定位测姿POS系统的相对位置和姿态参数。实验结果表明: 相对于只采用平面地物约束进行检校的方法, 采用混合规则几何面联合约束检校的方法结果精度更高, 距离残差中误差达到了0.006 m; 同一车载平台、两套不同激光扫描仪系统检校后, 点云叠合效果较好。该检校方法具有精度高、简便、快速、实用等优点, 具有较强的工程应用价值。

道路标线提取与分类是智慧城市建设中需要解决的关键技术之一,也是智能驾驶亟待解决的技术难题。提出了一种基于深度学习的道路标线自动提取与分类方法,通过移动窗口法结合相邻扫描线拓扑关系进行地面点云的提取,并生成强度图像,基于深度学习方法实现道路标线的自动提取与分类,并利用KD树聚类分割算法结合矢量化方案实现道路标线的矢量化。基于实验数据对该方法进行验证分析,结果表明,使用该方法进行自动提取与分类的精度和F_score分别为92.59%和90.15%,证明了该方法的可行性和准确性。该方法为道路标线的自动提取提供了新思路,使道路标线提取工作变得更准确、高效,提升了道路标线获取与分类的智能化程度。

机载激光测深系统能够快速、高效地测量浅海、岛礁、暗礁及船只无法安全到达的水域，能够提供近岸全覆盖50 m水深测量；船载移动测量系统可以获得近岸浅海水底地形数据及近岸岛礁精细三维激光点云，二者数据在测量区域以及测量范围上具有一定的互补性。文中采用一种基于曲率特征点的改进迭代最近点（ICP）算法，将国产机载测深系统和船载移动测量系统获取的机载激光测深数据、多波束数据、三维激光扫描数据进行配准融合。结果表明，通过将二者数据进行配准融合，可以实现陆地、浅海区域海陆地形的全面精准描述、海陆基准统一，有助于海岛礁地形地貌认识、水下目标物探测及发现等。

城市市政井盖的快速定位与提取是智慧城市部件管理中需要解决的关键性问题之一，也是城市道路养护智能化管理实现过程中待解决的技术难题。提出了一种基于移动测量系统的井盖自动定位与提取方法，利用地面粗糙度进行地面点云提取，并将地面点生成地面强度特征图像，基于改进的梯度直方图算法、主成分分析、支持向量机分类器三者结合的方法实现井盖的快速定位与提取，结合同步影像获取井盖的权属信息。基于实验数据对该方法进行定性、定量分析，基于该方法进行城市井盖自动提取的准确率可达88.495%，精确度为99%，证明了该方法的正确性、可行性与稳健性。该方法促进了道路养护部门智能化工作模式的提升，不仅降低了工作的危险系数，提高了检测精度，还将传统的外业检测转变为室内作业模式，自动化、智能化程度得到了大幅提升。