回转窑点云数据的曲面重建

针对形体较大、形状较规则的回转窑,很难用传统方法对其进行测量,可以采用三维激光扫描技术获取其点云数据,用逆向工程Geomagic软件对点云数据做建模处理,方便后续应用.针对某回转窑,阐述如何用Leica三维激光扫描仪获取其点云数据,然后用逆向工程软件Geomagic实现曲面重建和精度分析的具体过程.     

基于逆向工程技术的不规则几何体体积测量方法研究

利用逆向工程技术(逆向工程软件与三维激光扫描设备相结合)对不规则的棱纹形几何结构体进行了三维激光扫描,得到了不规则体的三维点云数据.在此基础上,利用CATIA软件对该结构体进行了三维实体建模,并测得了棱纹形不规则实体的体积值.为了进一步验证该方法的可行性和测量精确度,利用相同的方法测量并得到了球缺体的体积.利用球缺体的...     

点云数据在室内场景信息获取与装潢设计中的应用

以位于厦门市新城际广场商品房为研究对象,提出基于高精度、高速率的三维激光点云数据的室内场景三维信息研究.通过三维激光扫描,对采集的点云数据进行拼接、去噪等预处理,并基于点云数据运用算法,精确提取砖块和管道信息,绘制室内的几何平面图、二维线划图,实现室内信息数据的有效获取及分析.应用结果表明,三维激光扫描技术对室内三维数据的提取及场景设计效率高,大大降低了数据采集的时间成本和人工成本,提高了生成实践效率.     

基于激光扫描技术的三维模型重建

随着科技的不断发展,三维激光扫描技术以其独有的优势在文物数字化保护、工业测量、城乡规划、自然灾害调查等领域得到了广泛的应用。本文通过分析三维激光扫描系统获取的点云数据,并对原始测量的点云数据进行处理,得到正确的建筑物的表面信息,然后再通过构建三角网建立三维表面模型,通过进行纹理映射实现建筑物三维可视化模型重建。     

三维激光扫描技术在开平碉楼保护中的应用研究

近年来,具有扫描速度快、精度高等优点的三维激光扫描技术为空间三维信息的获取提供了强有力的技术手段.文章通过研究三维激光扫描技术在世界文化遗产——开平碉楼的应用,对从点云数据获取、预处理到如何快速准确建模的完整流程进行了详细的分析并优化了技术路线,以及针对此项新技术与传统测量技术的优劣进行探讨.研究结果表明,三维激光扫描技术对古建筑的量测具有重要意义,可为广东省的古建筑修缮保护与展示提供强有力的数据支撑与技术支持,并达到真实比例的虚拟仿真三维效果.     

基于HDBSCAN算法的岩体结构面产状识别及分组方法

精准获取岩体结构面的产状信息是进行岩体稳定性分析工作的首要和关键步骤.针对基本DBSCAN算法在处理点云数据时存在聚类判据不足、参数敏感性较强等问题,提出了基于点云附加属性扩展聚类判据的HDBSCAN算法,旨在提高算法聚类的准确性及鲁棒性.同时,基于点云的颜色及密度属性实现了对自然状态下非全裸露岩体研究区域的分割和提取,减少非岩体结构面点云对结构面产状识别和分组的影响.将该方法应用于大石洞灰岩矿某一典型覆土岩坡,结果表明:该方法能够有效地剔除非目标点云数据,同时结构面产状提取和优势分组结果令人满意.与人工测量结构面产状方法相比,最大相对误差小于0.59%,具有一定的工程实用价值.     

天然岩体结构面三维粗糙度的多尺度取样影响规律研究

基于三维激光扫描技术,在单一大尺度天然岩体结构面点云数据上开展多尺度窗口取样时,取样窗口中心位置的选取对结构面三维粗糙度的准确表征具有显著的控制作用,然而该控制机制与影响规律的研究十分匮乏.为此,以青海祁连县黄藏寺水利枢纽右岸坝址边坡大尺度天然岩体结构面为研究对象,以结构面三维激光扫描点云数据和Grasselli三维粗糙度计算方法为基础,开展了单一大尺度结构面上窗口取样中心位置对三维粗糙度多尺度特征影响与控制规律的深入研究.结果表明:窗口取样中心位置对结构面三维粗糙度的尺寸效应影响显著,取样中心位置的不同导致尺寸效应具有显著差异;同一剪切方向上结构面三维粗糙度的差异性随取样窗口尺寸的增大而减小;窗口取样中心位置对分析含结构面岩质边坡的潜在滑动方向的影响较小,当取样窗口尺寸增大到特征尺寸后,潜在滑动方向将被限定在一定角度范围,天然结构面的角度区间为110°～130°.最后基于上述研究,建立了窗口取样中心位置选取的基本原则,改进了天然大尺度结构面三维粗糙度取样方法.     

基于车载三维激光扫描结果的桥面变形分析

车载三维激光扫描技术能够直接对目标结构表面进行三维量测,并采用三维阵列点云的方式来生成结构物表面的三维形态和记录点位坐标,打破了传统的桥梁变形监测方法仅有数个独立点的局限性,扩大了桥面变形监测范围,提高了结构物的观测精度,并能快速、完整的进行量测。本文将车载三维激光扫描技术引入到桥梁变形监测中,基于全长331.2m的预应力混凝土连续-刚构桥为背景,采用三维激光扫描技术对其温度变形进行探索。在监测环境温差20℃范围内,对其进行多次桥面几何形态数据采集,并对采集的数据进行处理。对基于车载三维激光扫描点云数据的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines)曲面提出了一种新的变形测量方法,得到整个桥面的变形测量结果,再与采用有限元分析软件MIDAS CIVIL建模得到的各温差下理论变形数据进行对比,发现基于NURBS曲面的分析处理方法获得的变形测量值具有良好的精度和可靠性,并能够获取桥梁点-线-面的整体变形监测结果,与单点变形监测相比,弥补了其缺乏线性变形及整体变形特征的不足,有较好的工程应用前景。     

市政道路路面采样测量技术研究

结合应用实例利用地面三维激光扫描技术进行汽车试验场路面采样,生成高精度、高密度的断面线,通过运用三维激光扫描仪进行点云数据的采集以及后期数据处理方案的研究,表明三维激光扫描技术方案能克服传统测量方式缺点,保证测量数据质量,提高测量工作效率,为快速获取路面断面数据提供了一种全新的、可行、高效的测量技术手段,具有广阔的应用前景.     

三维激光扫描点云数据预处理技术研究

近年来,三维激光扫描技术在医学、工业、土木工程领域有着广泛的应用前景,三维激光扫描点云数据预处理技术也成为研究的热点。本文主要从云去噪与平滑、点云配准和点云精简三个重要环节讨论了点云数据的预处理技术过程。     

基于三维点云的岩体结构面自动分类与参数计算

结构面间距是岩体稳定性和力学特性分析中的一个重要参数，在岩石力学、采矿工程、边坡监测等领域的数值计算中广泛应用.本文以岩体边坡露头为研究对象，基于非接触测量获得的三维点云数据，提出一种基于密度聚类的结构面细化分类方法；在结构面粗略分组提取的基础上，通过投影变换、散乱点拟合等算法，求得结构面间距和岩体体积节理数.设计开发了结构面细化分类及间距等参数计算与分析原型系统，实际案例分析表明，本文方法可有效实现结构面的自动细化分类，并能够计算出间距等相关参数，可为岩体质量分级和岩体稳定性分析等提供方法支撑.     

用于面部虚拟整形的三维人脸重建系统设计

为解决面部整形手术成功率低的问题,设计了用于面部虚拟整形的三维面部重建系统。该系统首先利用高精度深度相机采集人脸多角度深度图像,将每幅深度图像分别转换为对应点云模型并进行去噪预处理。接着,将正面点云和侧面点云进行粗匹配实现点云拼接,并提出一种改进的精配准算法进行精配准,得到目标人脸三维点云模型。对点云模型网格化处理后,提出一种基于半边结构的细分算法来提高重建模形精度,最后完成贴图即可构建人脸模型。为了验证所设计系统的重建精度,设计了对比实验。结果表明:系统重构人脸与其他重建系统相比,提高了人脸精度,且与真实人脸间差距小于2 mm,可以将其应用于面部虚拟整形,从而对专业医师提供术前指导,提高手术成功率。     

基于面结构光的T型焊接接头成形角度测量

针对钛合金带筋壁板T型焊接接头成形角度的测量需求,基于面结构光三维扫描仪设计了三维点云测量系统,以获取T型焊接接头区域三维点云。首先,对三维点云进行预处理,利用统计滤波去除离群点,通过直通滤波剪除场景点云和冗余点云,再用体素化栅格法简化点云;然后,使用区域增长算法分割出T型焊接接头的筋板点云和壁板点云;最后,基于随机抽样一致性（RANSAC）算法拟合出分割后的筋板和壁板平面点云,得到平面法向量,计算求得T型焊接接头的成形角度。将焊接前的测量角度反馈给装配机器人,用来修正筋板的装配精度;焊接后的测量角度则用来评判焊接成形质量。计算结果表明,运用所提的点云数据处理方法能快速精确地计算出T型焊接接头的成形角度。     

采用车载激光雷达的带状地物矢量化与结构特征提取

针对车载激光点云带状地物形状多样、难以用规则语义信息矢量化,以及结构语义信息提取研究较少的问题,提出一种基于Ribbon Snake模型的车载激光雷达带状地物(道路边界、实线型标线、铁轨)矢量化与结构特征提取方法.首先,通过格网剖分构建点云特征图,利用Ribbon Snake模型提取带状地物矢量化数据;然后,分析不同道路和铁路场景的结构特征,生成具有准确几何和拓扑结构信息的三维矢量数据和属性数据.实验表明:该方法能够准确地提取带状地物矢量化与结构信息,实现不同场景下带状地物的有效完整描述.     

基于异质传感器信息融合的移动机器人SLAM研究

针对采用单一传感器在移动机器人同步定位与构图(SLAM)中存在定位精度低、构图不完整等问题,提出一种基于Kinect视觉传感器和激光传感器信息融合的SLAM算法。首先将Kinect传感器获取的深度图像经过坐标系转换得到三维点云、通过限制垂直方向滤波器过滤三维点云的高度信息、再将剩余三维点云投影到水平面并提取边界点云信息转化为激光扫描数据;然后与激光传感器的扫描数据进行数据级的信息融合;最后输出统一数据实现移动机器人的构图及自主导航。实验结果表明,该方法能够准确的检测小的及特征复杂的障碍物,能够构建更精确、更完整的环境地图,且更好地完成移动机器人自主导航任务。     

复杂采空区三维散乱点建模技术研究及应用

以采空区三维激光扫描系统探测获取的原始数据为依据,针对复杂采空区散乱点云数据,研究提出运用一组等间距的垂直于包围盒走向方向的平行切割面,对散乱点云进行区域划分进而构建空区实体模型的方法.首先确定等间距平行切割面的方向和间距,对散乱点云数据进行划分;其次运用最小距离法确定散乱点云的位置即所归属的切割面;最后运用凸包最小距离法对每个切割面上的散乱点进行排序,成为有序点后对其进行建模.应用表明,研究所形成的建模方法可实现对复杂采空区散乱点云的精确建模.     

基于云理论的隧道结构健康诊断方法

隧道健康状态诊断过程作为一个模糊系统,具有随机性和模糊性的特点.传统的隧道结构健康诊断方法无法妥善地将系统的模糊性和随机性关联在一起.基于此,针对隧道结构健康状态诊断系统的模糊性和随机性特点,提出了基于云理论的隧道结构健康状态诊断方法.首先,建立反映隧道结构健康状况等级评语集的正态云模型.然后,依据逆向云发生器原理,将隧道结构健康状态指标的监测数据的归一化结果值转化为隶属度云模型.将健康状态指标的重要性语言值转化为权重云,用于表征各健康状态指标的重要程度.最后,运用云理论的计算方法对隧道结构健康状态等级进行诊断,得到健康状态等级诊断结果的云模型.应用云模型的改进方法,对某市地铁2号线盾构隧道结构健康状态进行了诊断,极大提高了诊断结果的可视化和鲁棒性.     

密集匹配点云下的矿石块度提取

在矿山爆破作业中,评判矿山爆破质量的重要指标是爆破后矿石块度的大小。矿石块度的大小直接影响着后期的生产作业。针对露天矿施工过程中矿石块度测定问题,提出了一种基于密集匹配点云数据的矿石块度测定方法。首先通过寻找矿石堆中最高点与最低点计算不同矿石堆的坡度;然后依据计算得到的矿石堆坡度信息以及点云灰度信息、邻域特征等,采用粗提取与精提取相结合的方式对矿石点云边界线进行提取;依据提取出的边界线实现不同矿石点云的有效分割;最后利用分割得到的单个矿石点云进行块度估算以及矿石分布规律研究。试验表明本文方法可以有效的分割出单个矿石点云,且分割效果较好,研究区内矿石块度大多介于0.5-1.0m。     

自适应法向量约束的工件分割方法

针对目前对工件点云分割中出现的过分割、欠分割等问题,提出一种结合欧式聚类和自适应法向量约束的工件分割方法。该方法首先对采集到的点云进行体素滤波,使用随机采样一致性（random sample consensus, RNASAC）算法滤除背景并通过统计滤波器去除噪点,接着利用欧式聚类算法将目标点云划分成点云簇,最后针对点云簇中含有多个工件点云的情况,计算点云簇的平均法向量,利用区域生长算法对不同的点云簇设置不同的法向量约束并进行分割,最终完成工件点云分割。结果表明：本文提出的分割方法能够有效地分割出感兴趣的工件,且分割效果较稳定,为后续工件尺寸测量提供实验依据。