三维激光扫描技术在建筑物建模上的应用

三维激光扫描技术的应用领域日益广泛，但点云数据内业处理较为复杂，对此方面的研究一直是许多相关专业的热点．通过三维激光扫描仪对历史建筑进行扫描，对采集的数据进行处理，建立建筑物的三维模型．提出了控制网的布设方案，完成激光扫描仪坐标下点云数据向全站仪坐标下数据的转换，对海量点云数据去噪、拟合、建模，完整地建立建筑物的真三维模型，为建筑物的保护和管理提供了基础数据．     

无人机与三维激光扫描融合的拱桥三维重建

针对单一无人机影像在复杂拱桥建模精度和完整度方面的不足,提出一种将三维激光扫描数据与无人机航空影像融合的拱桥精细化建模方法。首先以无人机低空区域环绕航摄及近景摄影获取拱桥主体及细部高质量纹理数据;然后通过增加连接影像将无人机主体及细部影像数据融合并生成高精度拱桥主体上部点云数据;最后将三维激光扫描仪采集所得拱桥桥体下部多站点云数据经坐标转换、配准实现与拱桥上部高精度点云融合从而生成拱桥完整的精细化实景三维模型。通过与单一无人机影像建模结果进行精度对比分析和纹理完整性评价以此验证本文建模方法的有效性。结果表明：该方法可重建几何精度高、完整性好、纹理真实的拱桥实景三维模型,并为类似底部脱空建筑的数据采集方法提供参考,具有较好的工程应用价值。     

基于三维激光扫描的大型建筑物重构

三维点云数据的准确配准拼接与坐标转换是确保大型建筑物重构精度的关键.文章利用Scan Station2三维扫描仪对大型建筑物进行多测站扫描与配准拼接,分析了平面标靶与特征点配准的误差来源,提出了改进的特征点配准方法及坐标转换策略,并实例验证了该方法的有效性与优越性.     

三维数字化技术在三星堆遗址中的应用

提出使用三维数字化技术,对三星堆遗址进行三维建模,其中涉及如何对遗址进行激光扫描,获取场景的点云数据以及数据的后处理.本文采用Riegl LMS-Z420i三维激光扫描仪和尼康D100数码相机获取三星堆遗址的点云数据和纹理数据,并通过PolyWorks软件实现点云数据的配准和三维建模.     

面向全自动三维扫描系统的多视角三维数据自动配准技术

针对利用高精度转台进行配准模型的顶部和底部与模型进行配准时效果不佳的问题,提出一种面向全自动三维扫描系统的多视角三维数据自动配准方案.对待扫描模型,利用单轴高精度转台获取由不同角度扫描的点云数据,先使用一种快速简单的方法求解转台中轴,利用中轴将多片点云拼合得到模型主体;再通过点云包围盒变换,完成点云的初始配准,并通过改进的ICP算法完成点云的精确配准.实验结果表明,该方法具有较好的操作性和较高的精度.     

相位式地面三维激光扫描仪变形监测试验研究

由于测距原理不同,相位式地面三维激光扫描仪相较于脉冲式具有测量精度高、测程短的特点。文中以Z+F IMAGER 5010C相位式地面三维激光扫描仪为试验对象,从距离入手,对其内、外符合精度进行了计算分析,并研究了此扫描仪用于变形监测的适用条件。结果表明:Z+F IMAGER 5010C扫描仪的测量精度随着距离的增加而降低;内符合精度要优于外符合精度;内符合精度分析结果表明,在设置靶标用于扫描数据配准的作业方式下同时开展高程、水平方向的监测,扫描仪距离扫描对象控制在30 m之内,可进行三级变形监测;外符合精度分析结果表明,借助全站仪测量靶标中心点坐标用于扫描数据配准的作业方式下同时开展高程、水平方向的监测,扫描仪距离扫描对象的距离控制在20 m之内,亦可进行三级变形监测。     

三维激光扫描在地铁隧道变形监测中的开发应用

地铁隧道进行变形监测时多采用全站仪进行,虽然其监测精度较高,但需在被测处放置特定装置,测量工作量大、效率低。三维激光扫描仪能提供视场内、有效测程的一定采样密度的点云数据,并具有较高的测量精度和极高的数据采集效率,可以有效地避免传统变形监测数据的局部性和片面性,即以点代面的分析方法的局限性。针对运营地铁线路要长期进行隧道变形监测的需求,本文开发了三维激光扫描数据处理系统,功能主要包括点云去噪、配准、断面提取和拟合。通过导入三维激光扫描仪采集的隧道点云数据可以生成不同里程隧道断面图和变化分析图,从而实现三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用。     

不同采集模式的泥石流沟谷点云空间配准处理技术

选择东川大白泥河沟为施测对象,分别采用基于独立站点和基于GPS站点的点云采集模式,进行多测站点云数据采集,对2种不同采集模式下获取的点云进行配准技术处理及精度比较分析.结果表明,基于GPS站点采集模式下的点云空间配准处理精度总体要好于独立站点,原因是GPS站点采集模式在每一站点扫描采集点云时,内置GPS站点定位坐标实质上已初步完成对多测站间点云数据的统一坐标体系构建,因此内业配准处理中可避免基于独立站点采集模式下点云配准中存在的同名点对点位误差的影响.基于GPS站点采集模式优势明显,可为泥石流沟点云数据的地面三维激光扫描技术采集与配准提供实用技术参考,有利于推动泥石流沟精确监测与预警技术应用发展.     

地面三维激光扫描点云配准的最佳距离

分析点云配准的原理,在此基础上推导出点云配准误差传播模型.利用该模型解算了配准后的点位误差,将该误差作为衡量点云配准好坏的指标.为评估地面三维激光扫描测距的变化给点云配准误差造成的影响,设计了一套试验方案,在地面三维激光扫描仪测距精度内对不同距离进行了严格的试验.根据提取的靶心和点云配准误差传播模型,计算得出不同距离下的点云配准精度,从而分析得出点云配准精度的扫描最佳距离.结果表明点云误差传播模型正确,试验方法良好.     

基于同名控制点的三维激光点云配准

多站点云数据配准是三维激光扫描数据处理的重要环节.基于同名控制点的七参数配准模型是一种具有较高精度的算法模型.推导了七参数配准的过程,编程实现了多站三维激光点云的配准,并验证了配准结果的精度.     

地面三维激光扫描建模精度研究

历史建筑三维模型重建是当前研究的一个热点.以某优秀历史建筑为例,分别对其进行全站仪CAD建模与地面三维激光扫描建模.首先阐述了两种建模方式的流程,并对不同建模方法进行对比分析,指出两者各自的优缺点;然后通过对两种建模方法得到模型的点位误差、几何体误差、整体模型中误差等不同方面进行分析研究,探讨地面激光扫描仪应用于大型建筑建模中能达到的精度,以及适应的场合.试验结果表明,相对于CAD建模方法,扫描建模方法具有快速、高效,模型精度较高等优点,并保留了建筑物细部特征,但其后期数据处理自动化程度不高.     

基于激光强度的建筑立面点云分类及信息提取

针对地面三维激光扫描仪的点云激光强度值,提出了一种基于激光雷达方程的数据模型改正方法.通过将激光强度值进行角度和距离改正,分析数据模型的改正效果,并利用改正后的激光强度值对建筑立面点云进行分类及建筑立面信息的特征提取.实验表明:改正模型能对点云激光强度值进行有效补偿,使得同类物体的激光强度值趋于统一.因此,利用改正后的点云激光强度值对建筑立面点云进行分类及特征提取,能够保证分类精度及目标识别效果.     

贵州省松桃大湾苗寨建筑数字化保护

为了提高苗族建筑保护的准确性和有效性,以贵州省铜仁市松桃苗族自治县大湾苗寨吊脚楼为研究对象,利用三维激光扫描技术,采集苗寨吊脚楼三维点云数据,依据点云数据提取建筑尺寸、节点样式等信息,并绘制其二维施工图纸,为吊脚楼建立完整、规范的施工图集。同时以BIM技术为支撑,以施工图纸为参照,对吊脚楼进行参数化建模。通过可视化动态施工模拟对吊脚楼的施工工艺进行分解,直观地展示其施工过程。以三维点云信息保存、施工图纸逆向设计和动态施工模拟的方式对苗族吊脚楼进行数字化保护。     

一种面向高分辨率激光扫描点云的三维建筑物的风格化渲染方法

目前,三维激光扫描仪已经可以方便且快速地获取大范围建筑物的高分辨率三维点云数据。然而,尽管高分辨的建筑物点云数据可以精确且直观的描述真实的建筑物场景,但是由于点云具有离散化的特点,传统直接展示原始三维点云数据的方法缺乏良好的视觉效果。针对高分辨率激光扫描点云的渲染问题,本文提出了一种面向高分辨率激光扫描点云的三维建筑物的风格化渲染的方法。该方法首先提出远距离点采样方法,在简化点云数据的同时保留其三维结构化信息,然后引入基于神经网络的风格渲染方法高效渲染三维建筑物网格数据,最后提出了基于KDTree的网格数据与点云数据的融合方法生成渲染点云。实验表明,该框架可有效地将给定二维图像的风格转化为三维建筑物风格,在保证良好视觉效果的同时,保留了建筑物的精确三维几何信息。     

三维激光扫描仪技术在地形测量中的应用

利用三维激光测量技术进行山区复杂地形测量的流程与方法,实验通过使用徕卡ScanStation2型号的三维激光扫描仪对西安市白鹿原北坡进行了扫描,对扫描后的各测站数据进行基于标靶的拼接,对拼接后的点云数据进行预处理。将基于扫描仪坐标系统的点云数据转换到基于施工独立坐标系统后,使用Geomagic和cass软件绘制地形图等高线。在测区内布设一定数量检核点,扫描时在检核点上安置蓝白标靶,采用全站仪测量检核点的独立坐标与扫描仪测量的坐标进行对比来验证扫描数据的精度,得到平面坐标差值绝对值最大值为0.024 m,而高程的差值绝对值最大值为0.029 m,实验结果表明,三维激光扫描仪满足地形测量精度要求。     

改进的八邻域搜索提取建筑物立体特征方法

针对目前常用的八邻域搜索方法在提取具有斜面屋顶的建筑物3D特征精度不高问题,设定较小的高程差阈值,利用八邻域搜索方法提取建筑物,提高算法对建筑物的提取的正确率;利用待判断点周围4个方向的梯度差分完成对地物点云的二次提取,提高建筑物提取的完整率;用连通域内点的个数表示实际场景中的面积大小,设定合理阈值,可以剔除植被面片和其他地物面片。实验结果表明,改进后的方法明显提高了从混合点云中提取建筑物的正确率和完整率,提高了算法对坡度较大的斜面屋顶3D特征提取的适应性。     

基于四目系统的复杂表面高精度密集空间点云获取方法

在敦煌莫高窟文化遗产数字化保护中,针对基于立体视觉的方法对目标进行三维重建时,复杂表面缺乏特征点,难以获取高密度和高精度空间三维点云的问题,提出了一种基于投影和四目立体视觉的方法。首先,采用投影仪向目标投射黑白棋盘格,并检测角点;然后通过软件细分,将棋盘格在横向和纵向分别平移9次,将棋盘格角点数扩展81倍;最后,用基于四目立体视觉系统的匹配策略,短基距系统用来立体匹配,长基距系统用来计算空间坐标,获取均匀、高密度和高精度的三维点云。实验结果表明:与传统的Harris算子相比较,所提方法获取的三维点云数据能更准确地描述目标的三维结构,点数在数量级上有提高。精度方面,所获取三维点云空间坐标的绝对误差小于1 cm,相对误差小于10%。     

基于激光扫描的人脸软组织三维重建研究

提出了基于激光扫描技术进行人脸软组织三维重建的方法.首先采用激光扫描系统对人脸进行扫描,然后利用采集的点云数据,通过计算机辅助设计与制造(CAD/CAM)中的反求工程方法,建立面部三维曲面模型.通过重建的模型与原始点云数据进行比较分析可知,面部轮廓的反求精度可达0.30～0.02 mm.利用本文所提出的面部软组织重建方法,可以为颌面外科与面部正畸研究提供三维研究模型.