基于地面三维激光扫描数据的快速建模

三维激光扫描技术具有速度快、精度高、自动化程度高并且不与物体直接接触等诸多优点,现已应用于古建筑保护、数字城市、工业生产、地形测绘等不同领域。本文利用地面三维激光扫描仪对校内樱花园手形建筑物进行扫描,获取该目标物的点云数据,并对获取的点云数据进行拼接、去噪处理。同时,利用点云数据处理软件Geomagic对目标物进行快速的三维模型重建并达到了预期的效果。     

A laser scanning-based method for fast estimation of seismic-induced building deformations

Monitoring damaged buildings in an area where an earthquake has occurred requires the use of techniques which provide rapid and safe measurements even in emergency conditions. In particular, remote sensing techniques like terrestrial laser scanning (TLS) can satisfy these requirements, since they produce very dense point clouds in little time and also allow an accurate geometric modeling of observed buildings. Nevertheless, strong constraints on TLS data acquisition geometry, such as acquisition distance and incidence angles, typically characterize an area in seismic emergency conditions. In order to correctly interpret the data, it is necessary to estimate errors affecting TLS measurements in these critical conditions. A reliable estimation can be achieved by means of experiments and numerical simulations aimed at quantifying a realistic noise level, with emphasis on reduction of artifacts due to data acquisition, registration and modeling. This paper proposes a data analysis strategy in which TLS-based morphological maps computed as point-to-primitive differences are created. The method can be easily used for accurate surveying in emergency conditions. In order to demonstrate the proposed method in very diverse situations, it was applied to rapidly detect deformation traces in the San Giacomo Roncole Campanile (Modena), the Asinelli tower (Bologna) and the Cantalovo Church (Verona), three buildings damaged by the Mw 5.9 Emilia Romagna 2012 earthquake (Italy).     

基于地面激光扫描的三山南桥载荷变形监测研究

地面激光扫描技术能从复杂的实体中获取精确的3维细节信息,这对于高效的全景设计以及建模工程是至关重要的。但在变形监测领域,地面激光扫描技术的可靠性并没有被充分验证。本文结合三山南桥的载荷试验进行变形监测的研究,使用了地面激光扫描和精密水准测量的方法对其产生的变形进行了检测,重点论述了三山南桥的负载测试以及使用地面激光扫描技术对桥梁变形的观测结果,并对比分析了地面激光扫描和精密水准测量的结果,为使用激光扫描仪进行变形测量的后续应用奠定了初步基础。     

三维激光扫描技术在房产测量中的应用研究

在分析三维激光扫描技术和现有房产测量方式的基础上,结合宁波市梅山岛某曲面异型建筑房产测量的实际情况,提出三维激光扫描技术在房产测量中的解决方案。通过该工程项目的具体应用,展现了三维激光扫描技术在异型房产测量中的良好应用前景。     

地面三维激光扫描仪测距检校与精度评定

作为一项新的数据获取技术,地面三维激光扫描技术正被越来越多地应用于多个领域,同时也对该技术测量精度提出了更高的要求。本文根据六段解析模型设计合理有效的试验过程,拟对徕卡C10三维激光扫描仪的测距检校与精度进行评定,为提高今后地面三维激光扫描仪测量精度提供参考。     

地面三维激光扫描技术在公路建模中的应用

为解决传统技术获取公路数据效率低,数据不够精确与详细的问题,本文提出了将地面三维激光扫描技术应用于公路建模的数据采集方案和数据处理方法。根据地面激光扫描的特点和公路建模要求,设计出按最佳扫描距离进行分段设站、分块扫描的数据采集方案。经过点云配准和滤波等预处理后,利用点云几何信息进行了数字表面模型、等高线、纵横断面等模型生成。本文以Trimble GS200地面三维激光扫描仪为例对高速公路路面进行数据采集,以Realworks Survey5.0作为建模工具进行路面建模。结果表明采集方案能提高获取原始数据的效率,并且保证了数据质量,降低了数据处理的复杂程度。     

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。     

利用三维激光扫描技术检测建筑物平整度及垂直度

利用地面三维激光扫描仪对某建筑物进行全自动高精度立体扫描,获得目标建筑物表面的三维空间点云信息,经过研究分析提出了一种根据点云提取建筑物中心轴线的方法,采用随机采样一致性算法（RANSAC）拟合直线,并采用整体最小二乘算法拟合平面。通过分析拟合平面及拟合直线的几何特征来检测建筑物的平整度和垂直度,实测数据分析结果表明,三维激光扫描技术在建筑物立面平整度及垂直度检测中具有较高的可行性和适用性。     

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...     

基于多源点云的建筑物立面太阳能潜力估计

提出了一种基于多源点云的建筑物立面太阳能潜力估计方法。该方法首先融合地面激光点云和机载影像数据,然后根据融合数据的特点,设计一种基于射线法的日照时长估计算法,并简化用于建筑物立面的太阳辐射模型,从而实现建筑物立面上的太阳能潜力估计。选取2栋朝向不同、形态不同的建筑物进行试验,结果表明,该方法能有效地估计立面上的太阳能潜力,结合点云立面自动化窗户提取的结果,可将结果细化到单个窗户,用于建筑日照标准检验,窗户太阳能潜力估计等应用。     

三维激光扫描技术下的规划验收测量数据处理及成果获取

三维激光扫描技术由于可快速获取高精度、高密度点云数据,可将拟验收建筑及周边情况几乎完全无差地复制到电脑中,是规划验收测量特别是复杂建筑规划验收测量的理想方法,但是其数据处理一直是影响甚至制约其应用的瓶颈。本文简述了规划验收测量要点,以及三维激光扫描点云数据初步处理流程,并针对制作规划验收测量各类图件的不同需求,提出了分别通过直接取线、切片、投影等方法制作成果图件的工作思路及各方法的特点。但是还需研究和解决海量点云的数据处理,以及根据验收测量特点获得测量成果图件的问题。     

点云压缩研究进展与趋势

三维点云为物理世界精细数字化提供了高精度的三维表达方式,广泛应用于三维建模、智慧城市、自主导航系统、增强现实等领域。然而点云的数据海量、非结构化、密度不均等特点给点云的存储和传输带来了巨大挑战,因此在有限的存储空间容量和网络传输带宽中实现低比特率、低失真率的点云压缩具有重要的理论意义和实用价值。围绕点云压缩中的研究现状、标准框架和评价指标,阐述国内外点云压缩算法研究工作、运动图像专家组压缩标准框架以及几何和属性信息质量评价指标的最新进展,分析比较3种开源点云压缩算法在点云压缩公开数据集下的性能表现,并对点云压缩的主要发展方向趋势予以展望。     

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.     

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。     

多源点云数据融合的建筑物精细化建模

三维建模技术能够实现建筑物的数字化存档,在古建筑保护与修复和现代建筑规划与改造中具有不可替代的作用。针对倾斜摄影测量和三维激光扫描建模技术中建筑物模型存在的问题,本文提出了一种倾斜摄影测量和三维激光扫描生成三维点云模型相融合的建筑物精细化建模方法。选用无人机和三维激光扫描仪作为试验设备,利用ContextCapture、SCENE软件完成点云拼接、生产和编辑,通过ICP算法完成点云精细匹配,实现多源点云数据融合建模;对比单一建模方法模型,从纹理结构和模型精度两方面对融合建模模型进行质量评价。结果表明,融合建模模型纹理清晰,几何结构完整,模型距离中误差和高差中误差的均值均低于倾斜摄影测量模型的值,接近三维激光扫描模型。     

地下空间激光扫描点云精度对比分析

利用4种激光扫描设备对地下空间扫描,针对获得的点云数据,用全站仪测量研究区内特征点三维坐标,统一点云空间参考;并从点云数据中获取特征点坐标,与测量的三维坐标对比分析。结果显示：推扫式激光扫描设备比架站式精度略低,最弱方向中误差为0.128 m,而架站式为0.039 m;用推扫式激光扫描设备对地下空间进行测量,能满足1∶500数字线划图的测量精度要求。     

Ground filtering and vegetation mapping using multi-return terrestrial laser scanning

Discriminating laser scanner data points belonging to ground from points above-ground (vegetation or buildings) is a key issue in research. Methods for filtering points into ground and non-ground classes have been widely studied mostly on datasets derived from airborne laser scanners, less so for terrestrial laser scanners. Recent developments in terrestrial laser sensors (longer ranges, faster acquisition and multiple return echoes) has aroused greater interest for surface modelling applications. The downside of TLS is that a typical dataset has high variability in point density, with evident side-effects on processing methods and CPU-time. In this work we use a scan dataset from a sensor which returns multiple target echoes, in this case providing more than 70 million points on our study site. The area presents low, medium and high vegetation, undergrowth with varying density, as well as bare ground with varying morphology (i.e. very steep slopes as well as flat areas). We test an integrated work-flow for defining a terrain and surface model (DTM and DSM) and successively for extracting information on vegetation density and height distribution on such a complex environment. Attention was given to efficiency and speed of processing. The method consists on a first step which subsets the original points to define ground candidates by taking into account the ordinal return number and the amplitude. A custom progressive morphological filter (opening operation) is applied next, on ground candidate points using a multidimensional grid to account for the fallout in point density as a function of distance from scanner. Vegetation density mapping over the area is then estimated using a weighted ratio of point counts in the tri-dimensional space over each cell. The overall result is a pipeline for processing TLS points clouds with minimal user interaction, producing a Digital Terrain Model (DTM), a Digital Surface Model (DSM), a vegetation density map and a derived Canopy Height Model (CHM). These products are of high importance for many applications ranging from forestry to hydrology and geomorphology.     

基于机载LiDAR数据制作高精度DEM产品研究

机载LiDAR获取点云数据具有快速、高效和高精度的特点,以此为基础制作的DEM数据具有表达地貌细微、精度高的特性。本文以白城地区基础测绘DEM制作项目为例,探讨了LiDAR数据的获取、处理及以此为基础制作高精度DEM过程中的关键影响因素,以及解决方法。为推动"十三五"期间,利用现有的基础测绘现代化高新技术装备——机载激光扫描系统,完成吉林省LiDAR航摄生产1∶10 000 DEM及地貌测绘工作提供借鉴和经验。