快速点云定向数学模型实际精度分析

三维激光扫描定向标靶和连接标靶的工程测量系坐标和扫描坐标系坐标是后视定向的基础,两个坐标系坐标的精度直接影响点云定向和坐标转换的质量。而快速点云定向是指应用两球和一垂线实现点云定向。本文的主要内容包括标靶中心扫描坐标拟合,点云定向参数平差计算、点云定向精度统计分析等。通过对点云定向工作的精度评价来分析理论精度与实际精度的区别。事实证明,快速点云定向模型对于减少野外工作量,丰富定向方法有着重要的意义。     

两种高速铁路激光点云的采集拼接方法

研究围绕地面三维激光扫描点云数据的拼接问题,在某段高速铁路设计并实施了标靶拼接和控制点拼接两种不同模式下的点云数据采集和拼接试验,结合点云处理软件对点云数据进行拼接处理,分析了拼接精度和数据采集拼接的整体作业工作量等。结果表明,在相同的扫描条件下,基于控制点拼接的点云数据,精度优于基于标靶拼接的点云数据;在高速铁路等带状工程点云采集拼接中,控制点拼接模式下整体工作效率高于标靶拼接。本次试验所显现的控制点拼接的高精度和高效率等的优势,可为三维激光扫描仪在铁路点云采集和拼接作业提供有利参考。     

基于地面激光扫描仪的地铁盾构区3维重建技术

采用地面激光扫描仪技术,分站式获取地铁盾构区间的3维点云数据,实现了盾构区间的3维模型重建。首先在盾构区间布设精密控制网,使用高精度全站仪和水准仪测量控制点的3维坐标;然后对盾构区间采用分段、自由设站的方式进行扫描,同时使用设站在精密控制点上的全站仪无棱镜模式测量标靶中心坐标。最后对每一扫描站的3维点云进行纠正,通过标靶的绝对空间坐标,实现多视点拼接,重建具有规则几何结构的盾构区间实体模型。结果表明,3维激光点云能够重建精细的地铁盾构区间模型,可用于地铁的设计方案展示、变形监测、轨道几何状态检测、调线调坡测量等。     

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。     

一种新型三维激光扫描隧道测量点云坐标定位方法的精度评估

提出了一种基于三维激光扫描仪特殊定位硬件装置和七参数坐标转换算法,对每个扫描测站点云利用最近的隧道控制点进行绝对定位,将多个隧道扫描测站数据不经过拼接就统一转换成隧道控制测量坐标系坐标的方法——点云绝对定位法,并应用误差传播理论和相应数值模拟计算对该方法的测量成果进行精度评估和重要误差来源分析。最后得出在一定条件下采用该方法获得的隧道扫描测量成果可以满足城市地铁测量规范对竣工测量精度要求的结论。     

全站仪自由设站法在地籍图修测中的应用与分析

根据大比例尺地形图的特点和测绘要求,提出全站仪自由设站法测量更新城市地形图。在介绍自由设站基本原理和坐标求解过程的基础上,推导了交会点坐标的严密平差计算公式,并得出交会点和测设点的精度估计方法,分析影响设站点精度的因素。阐述了地籍图测量中无图根控制点条件下,自由法是应用于修测的一种实用而可靠的方法。     

地面激光扫描多站点云整体定向平差模型

为了一次性解算多站地面扫描点云坐标转换参数,将各站点云坐标转换成工程测量指定坐标,提出基于光束法区域网平差的数学模型。以扫描站射向标靶中心的光束为单元建立平差方程,并将基于罗德里格矩阵的坐标转换方程作为平差的基础方程;单光束列立附有未知数的条件方程,公共标靶上相交的光束列立附有限制条件的方程。根据观测值选择的不同,可将数学模型分为六种。以“假设指定坐标无误差,扫描坐标为有误差的观测值”的数学模型进行多站点云定向实验,结果表明其外部符合精度达到厘米级,精度明显高于独立模型法;扫描坐标经转换后,能满足1:500地形图测量精度。     

地面三维激光扫描点云拼接影响因素分析

在地面三维激光扫描仪进行三维建模过程中,需要对不同测站的点云进行拼接。为了提高不同测站点云拼接精度,本文开展了球形标靶表面扫描点数量、标靶的分布和数量及扫描距离4个因素对三维激光扫描仪不同测站下点云拼接精度的影响研究。采用法如（FOCUS）三维激光扫描仪开展了不同扫描分辨率、不同标靶数量、不同标靶分布和不同距离下的点云拼接试验,并采用SENCE软件对点云进行了拼接精度分析。试验结果表明,选择两测站的标靶表面的扫描点数量大致相等,并将4个标靶作为连接点,且放置在不同高度不规则排列时,点云拼接的精度最优。     

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。     

基于精密测距的三维坐标基准建立方法及精度研究

随着现代工业测量和工程测量的不断发展,目前三维控制网的建立呈现出大范围、高精度的趋势和特点,现有的方法主要是通过测角或者测距建立。利用经纬仪进行精密测角建立三维控制网虽然精度较高,但存在着操作复杂、受人差影响较大、范围较小等不足。随着激光干涉测距技术的发展,测距精度有了飞跃式的提高,本文利用高精度测距值分别进行经典三边网平差和自由设站平差建立三维控制网,通过实验分析两种方法建立控制网的精度并进行对比,实验数据表明,利用自由设站法建立三维坐标基准具有非常高的精度,发挥出了激光干涉测距的高精度优势。     

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。     

基于探测球的固定式扫描海量点云自动定向方法

地面固定式扫描点云首先要将自由坐标系的点云纳入国家坐标系,而单站扫描的点云数据量极大,无法在可视环境下进行拼接。针对现有方法对海量点云拼接的不足,提出一种基于探测球的固定式扫描海量点云自动定向方法,该方法通过数据关联技术读取海量点云、建立标靶搜索环、球拟合确定标靶候选点、全组合距离匹配法确定同名点及坐标转换参数解算等,完成点云的自动定向过程。通过实验验证文中算法的有效性及可行性。     

三维激光扫描技术用于老旧小区改造中二维信息提取与平面制图

在老旧小区改造过程中,需要对小区建筑的外部、内部结构面等信息数据进行提取。针对传统测绘方法工作量大、成本高、周期长等问题,本文以云南省红河州某海关住宿楼老旧小区改造项目为例,基于三维激光扫描技术获取的点云数据,对建筑物的外立面、楼梯内部结构和楼顶面进行了扫描。基于Leica Cyclone软件进行了点云数据配准、滤波去噪、数据分层管理等试验研究,整合点云数据后采用CAD软件绘制了该老旧建筑的外立面、剖面和平面的图,并使用全站仪、测距仪等传统测量手段对本次扫描成果的测量精度和准确性进行了检查评价,二维制图的平均精度可以达到1.54 cm。试验结果表明,三维激光扫描技术可以得到现场的三维点云数据,通过高密度、高精度、高质量的点云数据可完整地记录现场所有数据形态,其对于后续老旧小区改造项目的数据获取及成图拥有完整的解决方案。     

对偶四元数法在稳健点云配准中的应用

针对点云特征点含有粗差的问题,提出了基于对偶四元数的稳健点云配准方法。遵循加权最小二乘原则构建了基于对偶四元数的稳健点云配准模型,运用拉格朗日乘数法推导了旋转矩阵和平移向量求解公式,研究了新权计算与坐标转换迭代步骤。实例证明,该方法能够有效识别并剔除粗差,提高点云配准精度。     

最邻近曲面约束的近景光学影像与地面激光点云几何配准

提出一种以最邻近曲面为约束的近景光学影像与地面激光点云高精度配准方法。根据光学影像生成三维稀疏点云,以影像三维稀疏点邻近的激光点拟合的曲面为约束,结合共线条件方程建立影像三维稀疏点云与三维激光点云间变换模型,通过平差迭代解算实现光学影像与激光点云的高精度几何配准。该方法只需提供初始配准参数,无需对激光点云数据进行特征提取和分割,并且基于曲面约束有效地解决了两个点集之间难以精确确定同名点的问题。通过实际数据试验表明该方法能获得很好的配准精度。     

单机站 CORS 的精度分析

结合工程实践,对单基站CORS系统的工作原理与测量精度进行分析,并用其解决平面控制网中野外作业数据采集是否满足精度要求的问题,在项目中使用单基站CORS系统下的数据结果与四等城市坐标系GPS控制点数据进行对比分析。精度统计表明,单基站CORS系统下进行平面点位的测量能够为中小城市测绘工程提供足够精度的实时定位服务,并且可以将其推广到其他同等精度要求的工程项目中,为今后的工程作业提供了参考和依据。     

融合反射强度图像的地铁隧道点云自动配准

针对地铁隧道点云数据特征点少、在大视角点云数据间配准拼接时出现精度差、效率低等问题,本文以提高配准效率及精度作为出发点,以目前主流的ICP算法为基础,首先将激光点云按中心投影方式生成反射强度图像并以此作为配准源,采用规则格网分割提取匹配,建立均匀分布的同名点;然后利用反射强度图像上的同名点与点云之间的一一对应关系,完成视角点云间的初配准;最后在初次配准的基础上,采用KD树改进算法进行点云数据的精细配准。试验结果表明,本文在实现点云数据自动配准的同时,提高了地铁隧道点云数据的配准效率及精度。     

浙江省平地区域机载LiDAR数据处理及DEM制作实践

为了进行平地区域原基础测绘产品高程的更新,我省进行了针对平地区域的机载LiDAR测高项目,为了获取高精度的DSM和DEM成果,在实际生产中开展了机载LiDAR数据处理及DEM成果的制作方法研究。本文将利用TerraSolid软件,从LiDAR点云数据的高程精度控制、点云滤波分类要求和如何利用特征线进行无点云数据区域的DEM精度控制等关键技术方面进行研究。