无地面控制点的车载激光扫描系统外标定方法

车载激光扫描技术能够高效率、高精度、低成本地获取城市三维地理数据,是最先进的三维地理数据获取手段之一。车载激光扫描系统的精确外标定是获取高精度车载激光点云的前提;通常采用建立三维控制场的方法对车载激光扫描仪进行外标定,该方法灵活性差,且需要耗费大量人力物力建立三维控制场。针对此,提出一种无需地面控制点的车载激光扫描系统外标定模型及参数解算方法,该方法利用车载激光扫描系统对同一地物多次扫描的激光点云需重合作为约束条件,使用LM(Levenberg-Marguardt)最优化算法解算标定参数,使用该方法对车载激光扫描系统进行了外标定,并用实测控制点验证了标定后系统的定位精度。     

大型建筑物三维激光扫描的流程及精度分析

三维激光扫描技术能够提供扫描物体表面的三维点云数据,瞬时测得空间三维坐标值和相应的影像数据,根据获取的空间点云数据快速构建三维可视化模型,精度优良且输出格式多样,能满足不同应用的需求。以扫描大型建筑物为例,论述了三维激光扫描系统的主要构成和工作流程,误差产生的来源及相应的质量控制进行分析,获得满足技术设计要求的扫描数据,为信息数字化发展提供了必要的生存条件。     

空地融合的建筑物室内外一体化点云构建技术

室内外一体化的建筑物模型是智慧城市管理的基础数据,倾斜摄影和地面三维激光扫描是当下两种主要的建筑物模型数据获取方式。针对单一数据采集方式受诸多因素制约,难以获取完整建筑物室内外三维数据的难题,本文提出了倾斜密集匹配点云与地面激光扫描点云融合的技术路线,利用地面激光扫描获取建筑物立面与室内点云,利用倾斜摄影获取建筑物顶部点云,并将两者结合构建室内外一体化的完整建筑物点云;以高密泥塑展馆为研究对象,验证了该技术路线的可行性及融合精度,可为类似项目提供参考。     

三维激光扫描建筑物立面数据的自动提取

对地面三维激光扫描仪所获取的海量点云进行建筑物立面数据的提取,有利于提高后续分割拟合、三维建模及变化检测等处理的效率和稳定性。因此本文针对建筑立面点云数据的特点,提出了一种基于相邻扫描点角度间隔直方图的提取方法。首先介绍了固定式三维激光扫描获取的数据特点,然后对基于扫描线的建筑物立面数据提取方法应用于固定式三维激光扫描数据的局限性进行了分析,在此基础上提出了统计扫描角度范围内指定大小（如1°×1°）格网内扫描点的个数,以生成相邻扫描点角度间隔的二维直方图并转换成灰度图像,通过二值化和连通区域标记方法提取了建筑立面数据。试验证明本文方法是行之有效的。     

基于标靶配准的廊道点云数据

三维激光扫描仪在不同测站获取的点云都是在各自的仪器内部坐标系中,为了获得扫描对象的完整的点云,需将各测站扫描的点云要转换到一个统一坐标系中。本文依托大学生创新训练计划项目地面三维激光扫描数据建模方法研究,对学校廊道点云数据进行三维建模,将各测站扫描的标靶进行中心提取,并对多测站点云数据进了行基于标靶的配准。     

一种顾及靶标控制的高精度隧道移动扫描方法

针对运营隧道检测无全球导航卫星系统(GNSS)信号，移动激光扫描难以获取绝对坐标系下三维点云数据的问题，该文提出一种顾及靶标控制的高精度隧道移动扫描方法。并将三维激光扫描仪、惯导、里程计、倾角仪集成为自移动三维激光扫描系统，利用倾角仪静态测量姿态角约束惯导数据，结合控制点坐标纠正测量线路轨迹，生成绝对坐标系下的三维点云数据。通过与组合导航对比以及现场实验验证，该方法绝对定位点位偏差可以控制在0.06 m以内。研究方法解决了隧道场景绝对定位难题，有效避免了由于卫星信号遮挡隧道移动扫描点云明显变形和误差急剧变大等情况，为轨道交通隧道三维显示、病害检测等后续分析提供了良好的数据支撑。     

基于三维激光扫描技术的金山寺三维重建

三维激光扫描可快速、高精度地获取地物表面的点云数据,但点云数据后期处理技术亟待成熟。本文基于三维激光扫描技术,针对金山寺古建筑群与造像的三维重建,提出了两种数据采集和建模方法,并在此基础上构建了金山寺三维模型,证明了此技术方法的有效性,为三维激光扫描技术提供了良好的应用前景。     

基于LiDAR技术的古建筑复杂曲面三维重建

随着信息技术和测绘科学的迅猛发展,传统的空间数据获取模式已经不能满足现在的信息化需求。三维激光扫描技术的出现,推动了现代化测绘技术的发展,其高精度、快速的非接触式扫描测绘方法改变了传统空间数据采集模式。古建筑文化遗产的三维数字化保护是目前社会的研究热点,利用三维激光扫描技术来重建古建筑独特复杂的表面模型,为古建筑数字化管理和修复提供数据参考是一个很有意义的事情。本文以利用地面三维激光扫描系统构建古建筑三维模型为研究对象,通过洞窟类实例对古建筑点云数据处理和NUBRS三维模型复杂曲面重建技术进行研究与探讨。     

基于车载激光扫描数据的目标分类方法

车裁扫描系统可以获取建筑物、道路、隧道等城市物体的表面信息,非常适用于城市物体三维空间信息的快速有效获取。本文从激光扫描数据中进行建筑物特征提取,重点是车载激光扫描数据分类;设计了一种新的车载激光扫描数据分类和建筑物特征提取方法,此方法充分利用激光扫描数据的空间分布特征和城市环境中各种物体自身的几何特征,将所有数据点投影到水平格网中,对每个格网单元,计算其中所有数据点投影前高度值的最大值,根据此最大值来判定该格网单元中数据点的类别,从分类后的数据中提取建筑物特征。应用所设计的数据处理方法处理车载式三维信息采集系统采集的数据,分析得到了结果。     

基于机载激光扫描数据提取建筑物的研究现状

机载激光扫描系统是集成了GPS、惯性导航系统(INS)和扫描激光测距系统并利用飞机作为运行平台,来获取地面的三维位置,进而快速生成数字表面模型(DSM)。随着机载扫描激光测距系统的不断完善和发展,获取城市DSM数据也变得越来越快速,而且方便和经济可靠,地面激光点的密度也大大提高。目前国外激光扫描系统的激光点密度一般都达到了1～20点/m2,因此利用机载激光扫描系统获取的城市DSM提取建筑物也渐渐受到重视。利用激光扫描数据提取建筑物可以分为两大类,第一类是单纯以获取的机载激光测距数据来提取建筑物,第二类是融合激光测距数据和其他相关信息的建筑物提取,如融合航空影像、融合IKONOS高分辨率卫星影像来提取建筑物。本文对国际上利用机载激光扫描测距数据进行建筑物提取的最新研究进展进行了一些分析,同时也给出了应用我国研制的机载激光扫描数据提取建筑物的试验研究和初步结果。     

基于三维激光扫描数据的构筑物三角构网模型

三维激光扫描可以快速获得表面物体的三维空间的点云数据,但其数据量比较大,此外要利用这些点云数据表示构筑物表面,还需要建立表面数学模型。首先分析了激光扫描数据的采集原理和数据基本特点,具体给出了表面平面三角网生长算法,在此模型的基础上,利用三角形构成面后法线间夹角为判断依据,提出了空间三角构网的模型,并针对数据的复杂性和物体表面的不规则性,提出空间分区三角构网的方法,并以同济大学孔子头像为例给出了具体的实现方法。     

一种基于投影变换的深度图像生成算法

深度图像的表示是实现三维目标识别、配准等工作的前提。针对地面三维激光扫描得到的点云数据,提出一种基于投影变换的深度图像生成算法。采用投影变换将三维点沿观察坐标系的法向量投影到观察平面上,使投影向量和观察平面垂直,这样观察点和观察平面间的距离就不会影响物体的投影大小和形状,有效避免了"失真"现象的发生。利用灰度图像生成深度图像,使用方案对地面激光扫描系统获取的建筑物实验数据进行具体处理。结果表明,文中基于投影变换的图像生成方法更能直观地反映建筑物表面的几何分布特征,为后续特征的提取奠定基础。     

激光扫描与无人机一体化控制下的复杂体育场馆高精度三维重建

针对复杂体育场馆外部精细建模在完整性和精度方面存在的问题，本文提出了地面控制、地面激光扫描、无人机建模控制一体化的高精度建模方法。首先应用特制标志建立区域内控制、扫描、无人机高精度一体化坐标系统；其次对地面多站激光扫描点云结合控制坐标进行区域整体平差配准，生成一体化坐标系统下高精度地面点云模型；然后应用无人机数据和控制点生成一体化坐标下的高精度顶部数据；最后融合两种数据生成对象完整高精度精细模型。试验证明，整体平差解算方法可实现多站点云的高精度配准，一体化控制可实现非同源异质数据高精度融合，解决了复杂建筑对象的高精度建模问题，具有很大的实用价值。     

The theory and application of the structure light engineering surveying based on a laser theodolite with three freedoms of rotation

The concepts of “confining structure” and structure light are illuminated in this paper. A laser theodolite with three freedoms of rotation, which is aimed at “confining structure”, is developed. Various scanning modes and their mathematical models based on laser theodolite with three freedoms of rotation are discussed. According to the features of a huge object the structure light engineering surveying based on laser theodolite with three freedoms of rotation is determined as the main method in an actual application. The observation of four sound concrete posts and forced centering plates. Subsequently, it is transformed into the huge object coordinate system. The scanning mode with plumb plane is selected as the main mode in the whole work. And other assistant methods, such as close range photogrammetry and the method of using reflection sheet, are applied to the work of “scanning dead angle”. At last, a surveying accuracy estimation of this method is done and a surveying accuracy test is finished. It can be concluded that the structure light engineering surveying based on laser theodolite with three freedoms of rotation is considered to be an effective and applied method, and has many superiority to some other surveying methods in the work of surveying “confining structure”.     

THE THEORY AND APPLICATION OF THE STRUCTURE LIGHT ENGINEERING SURVEYING BASED ON A LASER THEODOLITE WITH THREE FREEDOMS OF ROTATION

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙ ,ｔｈｅｓｕｒｖｅｙｉｎｇｗｏｒｋｏｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｏｂｊｅｃｔｓｈａｖｅ ｇｒａｄｕａｌｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ .Ｔｈｏｓｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｏｂｊｅｃｔｓｉｎｃｌｕｄｅｒａｉｌｗａｙａｎｄｈｉｇｈｗａｙｔｕｎｎｅｌｓ,ｖａｒｉ ｏｕｓｏｉｌａｎｄｇａｓｃａｎｓ ,ｖａｒｉｏｕｓａｉｒｃｒａｆｔ,ｓｈｅｌｌｏｆｃａｒｓ,ｌａｒｇｅｍｉｌｉｔａｒｙａｎｔｅｎｎａｕｓｅｄｆｏｒｓｃｏｕｔｉｎｇｓｔｅａｌｔｈｐｌａｎｅ ,ｓｈｉｐ ,ｉｎｔｅｒｎａｌｓｔ…     

三维激光扫描技术在地形测绘中的应用

三维激光扫描技术突破了传统的逐点单独测量,实现了面域扫描数据采集。通过高速激光扫描测量,可快速获取被测对象表面的三维坐标数据,具有采集速度快、获取数据丰富等特点,且测量距离长、数据准确,不受大地水准面的精度制约。本文将三维激光扫描技术结合RTK技术,在测定扫描仪定位点和后视标靶定向点后,获得全景范围内连续的三维坐标,然后在视野范围外再设站扫描,使整个测区无漏洞,最终实现了地图生产。     

球形标靶的固定式扫描大点云自动定向方法

根据目前地面激光扫描数据获取速度快、数据量大、测量距离远、专用特殊材料制作的标靶识别距离近、点云定向数据处理相对滞后、自动化程度低、不能适应远距离地形测量的现状,提出了从大点云中(每站1亿点以上)自动探测远距离标靶的点云定向方法。该方法首先根据标靶控制点的工程测量坐标信息,搜索到标靶所在点云环,然后对各点云环进行扇形分区,快速探测标靶,获取标靶中心扫描坐标,最后平差计算扫描仪位置参数和姿态参数,实现点云坐标到工程测量坐标的转换。该方法在普通配置的计算机上得到实现,并成功用于远距离山区地形测量,其中定向标靶半径0.162m,标靶到扫描站距离在180~700m之间。     

三维激光扫描技术在西宁市城市地下空间测量中的应用

为验证三维激光扫描技术在西宁市城市地下空间测量中的适用性,探讨了其应用过程的流程和方法,用坐标对比法评定了三维激光扫描系统的精度。结果表明:三维激光扫描系统的平面精度达到0.032 m,符合城市测量规范要求,说明三维激光扫描技术在城市地下空间测量中具有很好的适用性,可以推广应用。