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。     

船载移动激光三维测量系统安置角偏差检校

船载移动激光三维测量系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航测量单元等于一体的多传感器集成系统,具有效率高、精度高、三维测量等特点,可解决码头、河道、海岛礁测绘中传统方法难以测量的难题。船载移动激光三维测量系统的高精度时空同步是实现数据融合和高精度三维测量的保证,安置角偏差检校是船载移动激光三维测量的关键步骤。本文首先分析了船载移动激光三维测量系统中相关坐标系之间的转换关系,提出了一种以桥体为检校场的安置角偏差消除方法。该方法在时空配准的基础上,通过扫描测线内桥体结构的偏移量分别计算侧滚角、俯仰角及航向角的安置角偏差,最后通过控制点验证误差改正后的测量精度。试验结果证明,本文方法易于实施,且具有较高的准确性,能够有效保障船载移动激光测量数据的质量和精度。     

船载三维激光扫描数据时空配准方法研究

由于海洋测绘中存在滩涂测量、崩岸、潜堤测量和水边线测量等困难,船载三维激光扫描技术比传统测量手段更快且更安全,测量精度已经可以满足大部分水上测量的精度要求,因而得到广泛青睐。船载三维激光点云数据的时空配准对测量结果至关重要,对此,介绍了基于多传感器融合的船载三维激光测量系统组成与工作原理,阐述了数据的时空配准过程,获取了精确的扫描数据,为后续工作提供支撑。     

车载三维激光扫描系统的外参数标定研究

通过建立车载三维激光扫描系统的严密定位模型,并推导出激光扫描仪坐标系和惯导载体坐标系间的平移与旋转参数的求解公式。试验结果表明,本标定方法具有较高的标定精度,对城市测绘具有重要的应用价值。     

车载激光扫描在城市大型立交桥三维建模中的应用

城市大型立交桥的三维可视化是数字化城市建设的重要课题,为解决常规三维建模过程中存在的制作周期长、工作量大以及多层立交桥存在遮挡导致数据缺失等诸多问题,结合车载激光扫描系统的特点及优势,本文提出采用车载激光扫描进行城市大型立交桥三维建模技术实现方法,得到了一套可行的数据采集工艺和三维建模技术实现方案。以北京西三环南路丽泽桥三维建模为例,进行了立交桥车载扫描外业点云数据采集、内业数据处理、三维边线提取、立交桥三维建模,从而证明车载激光扫描系统用于建立高精度城市立交桥三维模型的可行性。     

顾及平面特征的车载激光扫描系统外参数标定法

激光扫描仪外参数的标定是获取高精度三维地理信息数据的前提和保障。传统标定方法大多需布设特定的检校场、人工采集检校点,求解过程计算量较大。基于此,本文提出通过采集不同车行方向的同一区域的点云数据,提取平面特征数据并进行平面特征数据的自动化配准,对多个不同角度的平面特征的共同检校,实现三维空间中不同车行方向采集的相同地物点云的重合,最终完成系统外参数的标定的方法。试验结果显示,该方法对车载激光扫描系统外参数的标定实现了自动化,减少人工参与且达到了较高的检校精度。     

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。     

非直视区域的普通平面镜辅助地面三维激光扫描方法

地面三维激光扫描是获取对象表面几何信息的主要方法之一,扫描对象的完整性是三维激光扫描数据获取的基本要求。为解决实际扫描过程中,因作业空间受限等原因引起的扫描死角而导致点云缺失的问题,本文根据平面镜反射光线原理提出了针对非直视区域的普通平面镜辅助激光扫描数据的获取方法。分析了普通平面镜对激光光束传播路径与距离的影响机理,推导了激光扫描经普通平面镜反射像点对应的物点坐标解算方程;顾及激光扫描特性,设计了包含球标靶和普通平面镜的镜面反射系统,阐述了系统构建、系统检校与系统坐标系构建方法;并通过试验验证了本方法的可行性和精度。     

基于移动式激光扫描的点云数据处理

因具备高速、灵活和高精度的特点,移动式激光扫描被广泛用于地铁隧道的监测系统中。针对现有数据处理方法的里程配准误差大、数据利用率低的问题,本文提出了从扫描到后处理的一体化数据转换方法。在预扫描阶段,对隧道进行预标定,根据速度曲线的概率密度确定噪声界限;在正式扫描阶段,标定小车匀速运动的开始计速点,仅在惯导速度超限的情况下更新里程;在后处理阶段,首次基于激光点云数据生成360°全景图用于病害监测,提高了用户交互性。试验结果表明,本文方法在50 m内的测量误差小于1.2 mm,优于已有的螺旋扫描方法。因此,本文方法更适用于传感器精度低,测量频率高,且监测隧道较长的移动式激光扫描系统。同时,生成的全景图为隧道病害监测提供新的发展方向。     

三维激光扫描技术在人体三维建模中的应用研究

三维激光扫描技术具有快速、细致和高精度的特点,将它应用于人体三维建模中,可以减轻作业人员的作业强度,建立高精度的人体三维模型。本文介绍了RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪特性,分析了该技术在人体三维建模中的控制网布设方法,数据采集中的扫描参数设置,运用Geomagic Studio软件点云数据建模方法,提出了基于三维激光扫描技术人体三维建模的作业流程,并通过实例验证了三维激光扫描技术在人体三维建模中的可行性。     

圆扫描式机载激光测深系统检校模型及仿真分析

为了提升圆扫描式机载激光测深系统的定位精度,提出了一种检校思路:在平面区域获取激光点云时,系统误差和随机误差使得本应共面的激光点云不再共面,通过将激光点云拟合到单个平面上达到纠正点云位置的目的。首先推导了简单模式下圆扫描式机载激光测深系统定位模型,并从直线与平面交会的数学原理出发模拟激光光线与海面的交会过程,根据折射原理解算激光光线在水中的方向矢量,联合激光光线在水中的直线方程和海底面数学方程解算激光脚点的位置。然后,引入未知数先验方差,推导了参数加权最小二乘平差模型,为后面检校模型的解算奠定基础。最后,推导了用于检校的平差数学模型和详细的计算过程,对检校过程进行了模拟计算和分析讨论,得出了一些有益于检校过程的结论。     

基于线结构光的3维目标测量与多分辨率建模

随着数字化技术的发展,对高精度的3维模型的需求也日益增长。介绍一个利用线结构光扫描获取目标3维信息的测量系统.详细介绍整个系统的硬件组成和目标表面3维轮廓的获取过程。还提出一种适用于线结构光测量系统的标定方法。为了根据需要调整3维模型的分辨率和数据量,使用改进的边折叠三角网简化算法实现多分辨率3维建模。实验中对3维目标进行测量并给出可视化结果。     

从激光扫描数据中进行建筑物特征提取研究

提出了一套基于建筑物几何特征的信息挖掘方案，并具体介绍了研究中采用的一些原理、方法与实用算法，从而可以直接从激光扫描数据中提取建筑物的平面外轮廓信息。利用本方案对车载激光扫描系统获取的城市建筑物试验数据进行了具体的处理，并给出了三维建模和可视化表达结果。     

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。     

车载3D激光扫描系统集成技术

移动激光扫描技术是从上世纪90年代初逐步发展起来的一门测绘技术,也是当今测绘界最为前沿的技术之一,可用于工程测量和制图等诸多领域。地面3D激光扫描仪具有测量速度快,精度高等优点。本文以奥地利RIEGL公司的地面三维激光扫描仪VZ400为例,研究将其作为移动测量系统的主要传感器所涉及的关键技术,包括联机控制、时间基准统一和空间基准统一三个方面:解析了激光扫描仪的接口定义,并结合联机控制的开发库——RiVLIB实现的仪器的联机控与数据通信;给出了基于GPS秒脉冲信号的时间同步原理,实现了系统时间基准的传递与统一;分析了移动测量系统中的坐标系,并根据地面三维激光扫描仪的实际情况,构建了单站的参数标定模型。通过本文的研究与实验,使测量系统实现常见移动测量的二维帧扫描模式以及针对重点区域的三维全景扫描模式,同时,当它闲置时还可将激光扫描仪拆卸进行静态的扫描,丰富了系统的测量方式,提高了系统的适应性与使用效率。     

地面三维激光扫描地形测量数据粗差剔除算法及实现

本文基于地面三维激光扫描技术用于地形测量时点云数据的特点,得到引起结果存在粗差的障碍物上的点云具有坡度大于实际地形上坡度的特征,并据此提出了一种实用的粗差提取算法。对算法的原理、实现过程和其中重要参数的确定进行了分析,并编程实现了算法。最后,应用实例对粗差提取效果进行了检验,证明了算法的可行性和可靠性。     

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。