机载和车载LiDAR点云的建筑物立面空洞修复

针对树木等遮挡造成的车载LiDAR建筑物立面点云空洞,该文提出了一种基于机载和车载LiDAR数据融合的建筑物点云修复方法,即在空-地LiDAR点云融合的基础上,基于提取的机载LiDAR建筑物外轮廓线,通过缓冲区分析实现车载LiDAR建筑物点云分割;借助轮廓线信息实现了邻近建筑物间的相似性判断,基于匹配后的相似建筑物点云和空洞探测方法,实现了建筑物立面点云空洞修复。最后通过试验数据验证了该方法的可行性。     

基于机载点云数据的智能化成图方法研究

为了提高机载点云数据生产大比例尺地形图的自动化程度,减少人工作业工作量,提出了一种基于机载点云数据的半自动化成图方法。该方法先对原始点云数据进行滤波处理,再将其划分为地面点云和非地面点云。对于地面点云可自动提取等高线并生成高程点;对于非地面点云,先进行分割、分类处理提取建筑物、高架桥等典型地物,再进一步提取其边界,完成制图。该方法能有效完成地形图生产中等高线、高程点、建筑物等要素的自动提取,而其他地形要素还需根据正射影像补充提取。     

车载联合机载LiDAR点云数据的建筑物立面精细分割

从数据量庞大且散乱的车载LiDAR点云中分割出建筑物立面数据是一项繁琐而艰巨的工作。本文提出一种结合机载LiDAR点云的车载LiDAR点云建筑物立面分割方法。该方法在空-地点云严格配准的基础上,从机载LiDAR点云中分割出每栋建筑物的顶部点云,提取建筑物顶部外轮廓线并进行规则矢量化处理,设置轮廓线缓冲区实现立面点云的粗分割;再采用基于稳健特征值的平面拟合法对单栋建筑物的每个立面进行去噪滤波,实现建筑物立面的精细分割。试验结果证明了该算法对城市场景中车载LiDAR点云处理的有效性。     

融合形态学灰度重建与三角网分层加密的LiDAR点云滤波

形态学滤波与三角网加密滤波是从LiDAR点云中自动识别真实地面点的两种重要方法,本文分析了两种方法优劣性及其过程实施的特点,提出了一种融合形态学灰度重建与不规则三角网分层加密的点云滤波新策略:1首先对LiDAR点云实施Ⅰ类错误优先的形态学灰度重建初始滤波,并通过"非最小值抑制"将LiDAR点云标记为地面可靠点、地面可疑点、非地面可疑点三种类别;2依据形态学灰度重建迭代顺序对非地面可疑点进行分层标记;3利用地面可靠点构建初始三角网,对地面可疑点、非地面可疑点依次进行三角网加密滤波,并基于分层标记信息自适应调整地面点判据参数。ISPRS标准数据滤波实验结果表明,本方法滤波质量高且具有较好的通用性。     

LiDAR点云的建筑物立面空洞修复

针对树木等遮挡造成的车载LiDAR建筑物立面点云空洞,该文提出了一种基于机载和车载LiDAR数据融合的建筑物点云修复方法,即在空-地LiDAR点云融合的基础上,基于提取的机载LiDAR建筑物外轮廓线,通过缓冲区分析实现车载LiDAR建筑物点云分割;借助轮廓线信息实现了邻近建筑物间的相似性判断,基于匹配后的相似建筑物点云和空洞探测方法,实现了建筑物立面点云空洞修复。最后通过实验数据验证了该方法的可行性。     

基于法向量密度聚类的LiDAR点云屋顶面提取

针对现有算法从LiDAR点云中提取复杂建筑物屋顶面不完整、阈值难以设置的问题,提出一种结合点云空间分布的法向量密度聚类提取屋顶面点云方法。通过构建Delaunay三角网,计算建筑物LiDAR点云的法向量;在分析建筑物点云空间和法向量分布特点的基础上,定义一种邻域关系度量屋顶面点云之间的相似性,并利用提出的算法聚类建筑物点云,得到屋顶面片点云粗提取结果;通过构建屋顶面片缓冲区,经面片处理得到建筑物各屋顶面的完整点云。选取不同复杂程度的建筑物进行实验,结果表明,算法能有效提取复杂建筑物屋顶面点云,具有较好的适应性,并能为建筑物三维重建提供可靠的屋顶面信息。     

利用双向布料模拟的机载建筑物点云提取

针对现有机载激光扫描数据的建筑物提取方法过程复杂且易受植被干扰的问题,本文提出了一种利用双向布料模拟策略的建筑物提取方法。首先在正向布料模拟滤波的基础上,构建归一化数字表面模型提取过高建筑物,并采用反向布料模拟,从其余地物点中粗提取建筑物顶面点云;然后进行穿透性分析,并结合形态学操作进一步剔除错提的植被点;最后,以包含顶面点云的三维格网为种子格网,根据格网之间的邻接关系和内部点云几何特征进行约束生长,获取完整建筑物点云。试验结果表明,在复杂场景中,该方法能够有效避免植被的干扰,快速提取建筑物点云,具有提取精度高、计算时间少的优点。     

基于车载激光扫描的城市典型道路面点云提取

针对城市典型道路结构特征，提出一种车载道路面点云数据提取方法。根据高程阈值算法对原始车载激光扫描点云数据进行滤波处理，得到地面点，再使用改进区域生长算法对地面点进行处理，提取得到道路面点云。通过实测车载激光扫描数据进行实验，结果表明，本文提出方法提取道路面点云结果的检测质量q、完整性r以及准确性p均在93%以上，本文方法是行之有效的。     

利用无人机激光点云数据更新地形级实景三维地理场景

随着实景三维建设工作的不断推进,对地形级实景三维地理场景的现势性要求日益提高。为解决地理场景更新的及时性和高效性,本文利用无人机获取遥感卫星监测变化图斑点云数据,通过TerraScan点云分类滤波算法批量提取地面点,并采用CloudCompare拉普拉斯平滑算法进行平滑处理,进一步消除离散噪点,输出数字高程模型,最终实现地形级实景三维地理场景更新。试验结果表明,该方法自动化程度高,精度可靠,更新后的实景三维地理场景准确、自然真实。     

基于激光点云数据的管道破损定量检测技术

采用管道激光扫描技术可获取管道内表面的点云三维信息,解决了传统管道视频检测方法难以定量化检测的问题。本文针对管道破损缺陷的点云数据特点,利用统计滤波和半径滤波等点云滤波算法,实现了管道破裂处点云删除;基于随机一致性采样(RANSAC)算法实现了管道点云圆柱面投影和管道点云数据二维平面展开;通过网格化筛选和区域生长算法实现了管道点云数据破损缺陷检测及自动化分析。实测数据验证了该方法的可靠性和有效性,可以准确识别管道破损位置,并计算破损面积、纵向长度、环向长度等参数。     

地面三维激光扫描仪在桥墩垂直度测量中的应用

桥墩垂直度是影响桥梁安全的一个重要部分。现有全站仪测量垂直度的方法作业效率低、作业环境危险;且对高桥墩、大仰角垂直度测量较困难。提出将地面三维激光扫描仪应用在圆柱形桥墩垂直度测量中,利用分层切片拟合桥墩中心线的方法,计算桥墩垂直度。采用的分层切片拟合法较整体拟合方法建模精度高,更能准确测量桥墩垂直度;同时该方法对不同形状的桥墩同样适用。实验结果表明,这种方法与全站仪测得的垂直度相比在误差范围以内,该方法在桥墩垂直度测量中具有一定可行性。     

A Hybrid Spatial Index for Massive Point Cloud Data Management and Visualization

With the wide use of laser scanning technology, point cloud data collected from airborne sensors and terrestrial sensors are often integrated to depict a complete scenario from the top and ground views, even though points from different platforms and sensors have quite different densities. These massive point clouds with various structures create many problems for both data management and visualization. In this article, a hybrid spatial index method is proposed and implemented to manage and visualize integrated point cloud data from airborne and terrestrial scanners. This hybrid spatial index structure combines an extended quad‐tree model at the global level to manage large area airborne sensor data, with a 3‐D R‐tree to organize high density local area terrestrial point clouds. These massive point clouds from different platforms have diverse densities, but this hybrid spatial index system has the capability to organize the data adaptively and query efficiently, satisfying the requirements for fast visualization. Experiments using point cloud data collected from the Dunhuang area were conducted to evaluate the efficiency of our proposed method.     

变差函数权值估算的移动最小二乘匹配点云粗差剔除

现有密集匹配点云数据已实现了地表3维信息的精细化表达,然而由于误匹配,此类点云往往包含一定数量粗差点并影响后续应用的处理效果。针对此类数据中误匹配所产生粗差点的剔除问题,将变差甬数引入移动最小二乘(MLS)粗差剔除算法。变差函数对MLS拟合区域内点对间的相关性进行估算,以此为依据设置权值对最小二乘的结果进行优化;然后利用MLS局部、分区域地对点云进行曲面拟合;最终根据拟合结果剔除粗差。利用A3数字测图系统生成的城区、山区密集点云数据进行实验,并将处理结果、等权MLS处理结果与人工剔除结果进行对比。实验结果表明该算法可有效对点云中的粗差进行剔除,相较于等权MLS粗差剔除算法,陔算法在城区、山区的误判率分别降低了5.16%和1.31%。     

多像位姿估计的全景纹理映射算法

纹理映射技术作为获取具有丰富纹理信息的真彩色点云的有效手段，正以其独特的优势广泛地应用于众多行业领域。研究了一种利用三维激光扫描仪与外置数码相机联合标定解算多张影像位姿并获取全景真彩色点云的方法。其基本思想是利用摄像机与激光扫描仪固有的相对位置姿态，通过对首张影像进行标定得到其位置姿态后，利用摄像机空间旋转的几何特性，根据首张影像的位姿获取其余影像的位姿，继而完成多张影像的纹理映射，获取全景彩色点云。对比目前主流的全景影像纹理映射算法，该算法在精度与效率上均有一定提高。对多种点云数据进行纹理映射实验，结果表明，该方法能够快速准确地获取真三维全景彩色点云，为三维精细化建模提供了数据基础。     

共享近邻聚类算法点云面线提取

针对激光点云数据进行建筑物建模或矢量信息提取中快速识别建筑物面和棱线信息的要求,该文提出基于共享近邻聚类算法进行建筑物面和棱线的快速提取方法。首先,计算点云中每个数据点的单位法向量和点到基准面的距离,利用基于网格的共享近邻聚类算法对点云进行分类确定建筑物面点云;然后,自动判别相交平面,提取建筑物棱线,并与RANSAC算法对某建筑物面的提取结果进行比较。结果证明,该方法自动化程度高,建筑物面和棱线提取快速、准确,提取结果能够应用于三维建筑物自动建模和测绘出图。     

利用点云切片提取技术分析桥梁形变

三维激光扫描技术作为近年来发展迅速的测绘手段,在桥梁健康监测中,已经成为监测技术的重要组成部分。本文以武汉市某跨江大桥为例,首先采用Trimble SX10三维激光扫描仪对桥梁进行长期监测扫描,并对桥梁钢结构和桥墩的点云进行切片;然后在Trimble Business Center 和 Trimble RealWorks软件的帮助下对每期的扫描点云进行处理,提取桥拱断面点坐标并对桥墩切片点云进行最佳垂直圆柱体拟合,获取拟合平面中心点坐标;最后对比分析每期特征点平面坐标的偏差和三维偏移量。本文研究成果验证了三维激光扫描仪在桥梁变形监测中的可行性,丰富了桥梁监测数据的表现形式,可以为相关研究提供依据和参考。     

激光雷达点云电力线自动提取算法

针对当前电力线提取方法自动化程度和精度不高的问题,本文从点云数据的空间分布特征出发,提出了一种高效的电力线自动提取方法。首先基于自然裂点法,将点云数据按高程分类后去除地面点;然后对数据进行空间划分,基于子空间的点密度及空间结构特征的差异化,利用地物分割算法去除电塔点和残留的植被点;最后利用基于欧氏距离分割的电力线自动检测算法,实现单根电力线的快速、高精度提取。提取结果和拟合试验表明,该方法能在复杂地形下实现电力线的自动提取,极大提高了电力线的提取效率和精度。     

GF-4序列图像的云自动检测

以高分四号(GF-4)卫星L1级标准分幅数据产品提供高精度的云检测产品为目的,研究针对地球同步轨道卫星数据的云检测算法,改进自动阈值以适应同日不同时刻成像数据的辐射亮度与地表反射特性的变化差异。利用GF-4卫星凝视成像方式获取的同区域序列图像以及云在不同图像上的运动特性,结合自动阈值与SavitzkyGolay(SG)滤波修正检测结果中的误检。算法的两个关键预处理,一是通过自动的几何配准解决未经几何校正的分幅数据之间像素位置对应的问题,二是通过基于典型相关变换自动提取序列图像之间的伪不变特征点集,进而利用相对辐射归一减小了不同时刻成像数据之间的辐射差异。通过内蒙古自治区东部及长江中下游区域70余组数据对算法进行验证,整体上获得了稳定的结果与精度,并且基于序列图像的云检测算法在云边界、高亮地表及薄云区域的检测精度整体优于单幅自动阈值的检测结果。结果表明算法精度上满足GF-4云检测数据产品需求,且算法自动化程度高,便于工程化的数据生产。     

An improved segmentation approach for planar surfaces from unstructured 3D point clouds

The extraction of object features from massive unstructured point clouds with different local densities, especially in the presence of random noisy points, is not a trivial task even if that feature is a planar surface. Segmentation is the most important step in the feature extraction process. In practice, most segmentation approaches use geometrical information to segment the 3D point cloud. The features generally include the position of each point (X, Y and Z), locally estimated surface normals and residuals of best fitting surfaces; however, these features could be affected by noisy points and in consequence directly affect the segmentation results. Therefore, massive unstructured and noisy point clouds also lead to bad segmentation (over-segmentation, under-segmentation or no segmentation). While the RANSAC (random sample consensus) algorithm is effective in the presence of noise and outliers, it has two significant disadvantages, namely, its efficiency and the fact that the plane detected by RANSAC may not necessarily belong to the same object surface; that is, spurious surfaces may appear, especially in the case of parallel-gradual planar surfaces such as stairs. The innovative idea proposed in this paper is a modification for the RANSAC algorithm called Seq-NV-RANSAC. This algorithm checks the normal vector (NV) between the existing point clouds and the hypothesised RANSAC plane, which is created by three random points, under an intuitive threshold value. After extracting the first plane, this process is repeated sequentially (Seq) and automatically, until no planar surfaces can be extracted from the remaining points under the existing threshold value. This prevents the extraction of spurious surfaces, brings an improvement in quality to the computed attributes and increases the degree of automation of surface extraction. Thus the best fit is achieved for the real existing surfaces.     

徕卡RTC360三维激光扫描仪在建筑立面改造中的应用

徕卡RTC360极速三维激光扫描仪作为徕卡一款新型设备，不仅操作简单、扫描速度快，可在尽可能短的时间内完成海量丰富点云和高清影像的采集，数据全面，细节丰富，极大地提高了外业的工作效率；而且非常智能。本文采用VIS视觉追踪技术，通过对扫描仪位置进行跟踪定位，在采集过程中进行点云的实时拼接，无需标靶、公共点和人工干预；现场实时查看点云预拼接，极大减少了内业工作量；后期搭配Cyclone Register360智能拼接软件，点云无需人工干预，可实现自动智能拼接处理，以及外业采集及内业数据处理的简单高效。