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.     

点云数据的自动配准算法研究

针对传统ICP(Iterative Closest Points)配准算法计算量大、收敛速度慢且要求待配准的两片点云数据重合程度较高的问题提出了一种改进方法:首先基于均匀采样法精简点云数据;其次采用Kd-Tree算法查找最近点并基于距离阈值剔除错误匹配点;接着优化目标误差函数,计算点到切平面的距离;最后采用多角度的全局配准方法将两片重合程度最小的点云较好地配准在一起.通过对比实验,验证了本文的改进型ICP算法在运行时间和配准精度上都对传统的ICP算法做出了较大改进,取得了较好的配准效果.     

倾斜同心套管内自然对流换热的数值模拟

对倾斜同心套管夹层内的自然对流换热进行了数值模拟 .采用面扫描结合三维块修正的技术 ,并在压力和速度修正方程中运用了预测和校正技术 ,使得程序的收敛性、收敛速度和计算精度大为提高 .数值模拟结果表明 :同心套管在水平放置且高宽比 H较小时受端面效应影响换热要低于二维模型得到的值 ,在 H>1 0情况下可以用二维模型来近似 ;在倾斜放置时 ,决定换热的因素除Ra之外 ,半径比、H、倾角等均有影响 ;换热 Nu随 Ra和半径比的增大而上升 ;此外存在一临界高宽比 ,其值约在 3～ 5,与半径比有关 ;当 H小于临界值时 ,Nu随倾角的增大而上升 ,反之则下降     

变尺度法进行管网状态模拟的精度分析

以改进的带权重最小二乘数学模型为基础,利用变尺度法进行供水管网的状态模拟.分析管网规模、测点数量和节点流量伪测量值对模拟精度的影响.研究发现,随着管网规模的增大,模拟计算的迭代次数提高,且相同迭代次数下的模拟精度有所降低;测压点数量越多,状态模拟精度越高,误差越小,而测流管数量与模拟精度的关系并不明显;此外,节点流量伪测量值越偏离真值,模拟精度越低.为此,提出迭代计算的终止准则和满足精度要求的测压点与测流管数量.     

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。     

面向RGB-D数据的4D-ICP点云配准方法

针对三维彩色物体的配准问题,提出一种面向RGB-D数据的点云配准方法.首先利用主方向贴合方法将待配准的两片点云快速拉近,使它们近似对齐;在点云精确配准阶段,将RGB颜色值转换成单通道的灰度值,并将灰度值范围映射到几何数据的范围,由映射后的灰度值和点云的几何信息构成四维向量;然后由点的局部邻域几何信息和颜色信息构造混合特征描述子,根据混合特征描述子获得源点云的特征点,在四维向量空间,利用k近邻算法在目标点云中搜索对应点,以提高搜索效率;最后,定义了一种基于4D欧氏距离的ICP算法,通过4D-ICP迭代算法实现点云的精确配准.实验结果表明,面向RGB-D数据的4D-ICP配准方法,能够快速有效地实现RGB-D点云模型的配准,并在配准精度和保持颜色纹理方面效果突出.     

基于塑性损伤模型的三点弯曲梁裂缝扩展规律研究

为研究冲击荷载作用三点弯曲梁动态破坏规律,采用塑性损伤模型,运用拉格朗日算法模拟了含偏置裂纹三点弯曲梁在冲击荷载作用下的动态破坏过程,通过与已有研究结果比较验证了该模拟方法的准确性。研究结果表明:横向偏置裂纹位置对裂纹扩展倾角和破坏总时长均有影响,裂纹扩展倾角、试件破坏总时长随着横向偏置裂纹与加载点间距离的增加而先增大后减小;横向偏置裂纹宽度对裂纹扩展倾角有影响,对试件破坏总时长无影响,偏置裂纹宽度越大,裂纹扩展倾角也越大;纵向偏置裂纹长度对裂缝扩展没有影响;纵向偏置裂纹的位置对裂纹扩展倾角无影响,对试件破坏总时长有影响,当纵向偏置裂纹与加载点间距离的增大时,破坏总时长也增大;偏置裂纹高度对裂纹扩展路径有影响,当偏置裂纹高度增加时裂纹扩展倾角减小;弹性模量取值对裂纹扩展路径无影响但对破坏时长有影响,总时长随着弹性模量的增大而增大。     

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.     

雷暴天气下建筑物对大气电场测量的影响

针对雷雨天气下大气电场仪测量值受周边地物影响的问题,根据一次过顶雷暴的探空资料,利用综合工程软件模拟雷暴云的电场值及雷暴云在建筑物上方时地面大气电场的分布情况。分别考虑建筑物的底面形状、高度和材料对大气电场测量的影响,并将影响距离和遮蔽仰角作为影响大气电场测量的判别指标。实验表明:模拟空中电场值的分布与实测值结果基本一致;建筑物形状诸要素中底面积和夹角为2个主要影响因素,影响距离随底面积增加而变大;遮蔽仰角和影响距离均随建筑物高度的增加而增大;建筑物材料的差别对大气电场分布的影响较小;当距离超过一定值时,建筑物对大气电场测量的影响可忽略不计。     

基于NDT与ICP的快速点云配准算法

点云配准是三维重建过程的关键一步。传统配准算法的速度较慢,尤其是在两个点云距离较远或点云数据较大的时候,为此本文提出了一种基于NDT和ICP的快速点云配准方法,能够有效地减少配准时间。本文算法主要分为三步：(1)采用NDT算法进行点云粗配准,调整两点云间的距离和点云姿态;(2)采用ICP算法对粗配后的点云数据进行微调,调整点云位置与姿态;(3)采用ICP算法对微调后的点云进行精确配准。实验结果表明,与传统算法相比,在点云数据量较大或者两个点云距离较远的情况下,本文算法也能够达到较快的配准速度与较高的配准精度。     

基于正态分布变换与迭代最近点的快速点云配准算法

点云配准是三维重建过程的关键一步。传统配准算法的速度较慢,尤其是在两个点云距离较远或点云数据量较大的时候,为此提出了一种基于NDT和ICP的快速点云配准方法,能够有效地减少配准时间。本文算法主要分为三步:(1)采用NDT算法进行点云粗配准,调整两点云间的距离和点云姿态;(2)采用ICP算法对粗配后的点云数据进行微调,调整点云位置与姿态;(3)采用ICP算法对微调后的点云进行精确配准。实验结果表明,与传统算法相比,在点云数据量较大或者两个点云距离较远的情况下,算法也能够达到较快的配准速度与较高的配准精度。     

基于改进ICP算法的三维点云刚体配准方法

针对含有噪声和外点的三维点云刚体配准问题,由于迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法的配准精度较低,为此,该文提出了一种基于改进ICP算法的三维点云刚体配准方法。考虑到伪Huber损失函数对噪声和外点不敏感、鲁棒性强,首先,建立了基于伪Huber损失函数的三维点云刚体配准模型。其次,利用RGB-D点云数据中颜色信息辅助建立点云对应关系,以提高改进ICP算法中对应点匹配的准确性。最后,结合奇异值分解(singular value decomposition, SVD)和Levenberg-Marquardt(LM)的优化算法对三维点云刚体配准模型进行优化求解。实验结果表明,该文所提三维点云刚体配准方法的配准精度高,能够有效抑制噪声和外点对配准精度的影响。     

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.     

基于一阶展开多项式快速趋近的非线性ICP配准理论模型

针对传统离散点云ICP配准算法迭代次数多、收敛慢等特点, 提出以3D点集间共轭点欧氏距离之和最小为理论基础的非线性最小二乘配准数学模型。通过对真实激光雷达扫描点云进行配准对比实验, 表明在初值条件相同情况下, 所提出的非线性ICP配准模型不仅能与传统ICP配准达到同样的配准精度, 而且能在6~7次左右达到快速迭代收敛, 是实现传统ICP配准模型的一种新途径。     

基于一阶展开多项式快速趋近的非线性ICP配准理论模型

针对传统离散点云ICP配准算法迭代次数多、收敛慢等特点,提出以3D点集间共轭点欧氏距离之和最小为理论基础的非线性最小二乘配准数学模型。通过对真实激光雷达扫描点云进行配准对比实验,表明在初值条件相同情况下,所提出的非线性ICP配准模型不仅能与传统ICP配准达到同样的配准精度,而且能在6~7次左右达到快速迭代收敛,是实现传统ICP配准模型的一种新途径。     

板连式斜直组合微型桩加固边坡工作性状数值分析

为对斜直组合微型桩加固边坡中微型桩的工作性状进行研究,采用FLAC^3D数值模拟软件对斜直组合微型桩进行三维数值模拟,研究斜桩倾角对组合结构的力学响应及其对边坡加固效果的影响。结果表明：在相同条件下,随着桩身倾角的增大,桩身变形及桩身水平位移呈现先增大后减小再增大的变化趋势。当桩身倾角为10°和20°时,桩身变形(水平位移)分别达到最大值和最小值。同时,各桩桩身水平位移最大值出现的位置(距桩顶的距离)随着桩身倾角的增大而逐渐增大。总体而言,随着桩身倾角的增大,边坡潜在滑面由浅变深。不同桩身倾角组合结构加固下边坡的塑性区分布范围不同,当桩身倾角为20°时,发生剪切破坏的塑性区单元分布范围较小。为较好发挥斜直微型桩组合结构加固边坡效果,建议将组合结构中前排与后排的桩身倾角设置为15°～20°为宜。     

形貌约束的多视角点云分阶配准方法

为提高大数据量多视角点云的配准效率,提出一种基于多分辨率模型的多视角点云分阶配准方法。首先根据平坦形貌约束条件对点云进行递归分割,提取所得割集的核心点作为特征点构造多分辨率模型,然后采用迭代最近点算法基于该模型上层数据求解多视角点云的初始变换矩阵,将其作用于模型后逐级求解下层数据的变换矩阵,最终将复合变换矩阵同步作用于原多视角点云,实现原多视角点云的精确配准。实验结果表明,该分阶配准方法可有效缓解点云单一简化结果导致的配准精度与效率之间的矛盾,在显著降低点云规模的前提下实现原始点云精确配准;当点云规模达106级别时,与加权尺度迭代最近点(WSICP)算法相比,该方法的计算效率提高约2.5倍。     

基于分数阶积分和邻域FCM的道路信息变化检测

为了提高道路信息变化检测的精度,提出了一种基于分数阶积分和空间邻域信息的模糊C均值(fuzzy C-means,FCM)聚类算法,用于道路特征变化检测。首先,对经过配准和几何校正的双时相遥感图像进行灰度差值运算,重新生成差值图像;其次,采用较小的分数阶积分阶次构造上下、左右、4个对角线8个各向同性的去噪图像掩模,对差值图像进行分数阶积分计算,在提高图像信噪比的同时保留图像的边缘和纹理细节信息;最后,针对去噪后的差值图像采用结合邻域空间信息FCM聚类进行计算,聚类初始化中心点选择差值图像灰度值最高和最低的点,利用邻域的欧式距离来刻画不同的权重值,以表征领域像素点对中心像素的影响程度,剔除无效孤立点。通过检测概率、虚警率、漏警率指标对提出的算法进行评价。结果表明:基于分数阶积分和邻域空间信息的FCM聚类道路信息变化检测方法能有效提取道路变化信息,当积分分数阶数取0.2,FCM平滑参数取2.5时,检测概率高出对比算法18%~46%,虚警率指标低于对比算法15%~38%,漏警率低于对比算法3%~7%;提出的算法在抑制噪声信息和增强纹理细节方面能够取得较好的效果,尤其当中心像素点为噪声时,由于引入邻域空间信息,其受周围邻域正常像素点的影响,能够自动调整隶属度,较好地避免误分类;该方法还能有效抑制邻域噪声点对正常像素分类造成的影响,降低虚警率。     

驾驶人空间距离判识规律心理学分析

为了研究驾驶人心理因素在信息认知过程中的作用机理,根据模糊数学和拓扑心理学原理,以数名驾驶人的驾驶信息为样本,分析了道路空间距离对驾驶人驾驶心理的影响程度,研究了在道路空间距离变化规律形成过程中,驾驶人心理量生成基础和变化原因。当实际道路空间距离分别为25、75、125m,车辆速度分别为0、20、40、60、80、100km/h时,进行了道路空间距离判识试验,并分别计算了在不同条件下的隶属函数模型。计算结果表明：随着车速的增大,驾驶人的判识距离与道路实际空间距离的差值不断减小,下降速率不断增大;当车速大于40km/h时,随着道路实际空间距离的增大,判识距离下降速率逐渐减小;随着道路实际空间距离的减小,驾驶人心理疆域边界接触允许时间也在不断变小,碰撞风险增大。     

含孔洞-双裂隙红砂岩宏细观损伤特征数值试验研究

为研究含孔洞-裂隙缺陷岩石损伤的宏细观特征,利用颗粒流程序PFC^2D,对不同裂隙倾角、裂隙开度的红砂岩试样进行了单轴压缩数值试验,分析了不同类型缺陷试样的峰值强度、弹性模量、声发射特征、裂纹扩展特征随裂隙倾角及裂隙开度的变化情况。试验结果表明：砂岩的峰值强度和弹性模量与裂隙倾角间具有正相关关系,而裂隙开度的增加对试样峰值强度和弹性模量影响较小;随着裂隙倾角的增大,声发射累计振铃计数呈现前期缓慢减少、后期迅速增大的变化趋势;随着裂隙开度的增大,声发射累计振铃计数呈现先减小后增加再减小的变化趋势;随着裂隙倾角的增加剪切裂纹数量逐渐增加至与拉伸裂纹相近,破裂模式也由拉伸破坏变为拉剪混合破坏;不同开度砂岩破裂模式均为拉伸破坏;当裂隙倾角水平或垂直时,仅有一条裂隙参与主裂纹的形成;当裂隙倾角非水平或非垂直时,两裂隙之间产生崩落区,且均参与主裂纹的形成;随着裂隙开度的增大砂岩试样的破碎程度逐渐增大,除裂隙开度为1 mm时因开度太小导致裂隙闭合未形成崩落区外,其余试样均产生崩落区,且崩落区范围逐渐增大,4种开度砂岩裂隙均参与主裂纹的形成。