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基于三维激光扫描技术的点云数据处理与三维建模 中国矿业大学2015届本科毕业答辩 二 一五年六月十六日 指导老师 李亮 答辩人 朱冬冬 内容纲要 研究背景与意义 01 三维激光扫描技术理论基础与仪器介绍 02 点云数据拼接 04 点云数据三维建模 05 点云数据采集与预处理 03 2 总结及展望 06 1研究背景与意义 三维激光扫描技术在逆向工程上又被称作实景复制技术 该技术 具有高精度 高效率的独特优势 3 三维激光扫描技术通过扫描物体表面产生三维点云数据 创建高精度 高分辨率的DTM 三维激光扫描技术自诞生以来在国内各个研究领域受到越来越广泛的关注 该技术在文物古迹保护 土建工程 市政工程规划 旧城区改造 室内设计 桥梁监测 法律证据收集 地质灾害评估 数字三维城市建设等诸多领域也有了相应的的尝试 应用和探索 1研究背景与现状 李兆堃等人结合苏州工业园区的开幕项目 对现场扫描作业 点云拼接和数据处理的全过程进行了细致的研究 并探讨了三维激光扫描技术在现代工程测量应用中的技术特性 何秉顺等人认为三维激光扫描技术可以替代通过罗盘进行裂隙结构面的传统工程勘察手段 并给出了该技术半 全自动识别岩石结构面的两种方法和步骤 SeedRB和CollinsBD等人利用三维激光扫描技术分别在美国卡特里娜飓风后新奥尔良堤防系统评估和美国加州海岸边坡变形监测等工程实例中取得了良好的应用效果 2三维激光扫描技术理论基础与仪器介绍 系统组成 1 三维激光扫描仪2 数码相机3 计算机4 脚架等其他附属品 2三维激光扫描技术理论基础与仪器介绍 数据采集方法 扫描点p所处测站坐标系的坐标计算原理 2三维激光扫描技术理论基础与仪器介绍 RIEGLVZ 1000产品参数 长距模式测距范围 1400m速度 29000 秒精度 8mm 高速模式测距范围 450m速度 122000 秒精度 8mm内建32G内存 产品参数 2三维激光扫描技术理论基础与仪器介绍 3点云数据采集与预处理 基于前期对解忧桥周边环境的熟悉 进行数据采集前方案设计 3点云数据采集与预处理 考虑地形地势环境因素 分别将站点设在1 6处 所在站点进行数据采集时尽量避免扫描仪扫取范围内植被 路灯 电箱等因素的干扰 3点云数据采集与预处理 扫描外业的基本准则野外作业存在一定的潜在危险和一些不利于数据釆集的因素 遵循一定的作业准则可以确保外业安全高效的进行 在进行扫描外业前 首先要对数据采集区域周边环境进行实地踏勘 制定合理的扫描方案与应急预案 保证数据采集人员和仪器在作业过程中的安全 高质量的数据有利于开发利用 选择合适的精度既能满足实验要求 又能提高数据采集的效率 根据外界的光线选择适当的曝光度 确保高分辨率数码相机拍摄的清晰的图片 有利于对点云数据纹理信息的表达及扫描 完整性 必要的数据是否缺失 是否获取到并满足要求 保证数据充分 避免返工或重做 前期规划 前期的规划对整个扫描作业具有指导作用 加快外业进度 提高作业效率 扫描后检查 由于扫描作业涉及的步骤比较繁琐 操作细节比较多 确保数据采集的完整 注意事项遵循扫描作业基本原则的同时 扫描中的一些注意事项就是对基本原理的具体细化与落实 做好相关仪器设备的保障工作 带齐实验所需的硬件 软件设备 有关设备投入使用前按规定进行检验 作业人员需带上安全帽 其他室外工作装备等 由于仪器的精密性 扫描会受到的温度和天气等影响 选择温度适宜 天气晴朗的早上和下午时间段进行作业 避免烈日暴晒和雨天等恶劣天气对仪器造成损害 扫描前进行合理选取扫描区域 尽量避免选中与被扫描对象无关的区域 减少数据量 减轻后续数据处理的负担 迁站时 考虑到仪器比较昂贵 仪器又比较重 将仪器进行装箱搬运 3点云数据采集与预处理 通过riegl仪器自带riscanpro软件控制仪器进行数据的自动化采集 点云数据的预处理 3点云数据采集与预处理 点云数据预处理 滤波去噪 精简压缩 格式转换 目前的拼接方法有极坐标拼接 公共反射标靶拼接 粗拼接 多站点自动拼接 综合考虑三维激光扫描技术在实际工程中的应用 主要采用的是标靶拼接和粗拼接 4 点云数据拼接 4 点云数据拼接 5点云数据三维建模 5点云数据三维建模 1 实验开始前 进行本次实验数据采集的方案设计 主要包括对数据采集地点进行前期踏勘 根据实验的要求以及采集地段的气候环境因素 制定合理的设计方案 2 外业数据采集 制定行为规范 严格遵守仪器使用规范 确保仪器的使用安全 对实验数据采集人员进行前期培训 确保数据采集的高质量及有效性 3 本次采集的点云数量很大 在数据预处理的过程中 对点云进行去噪平滑以及重采样 这一步的预处理决定以后数据处理的质量 软件操作时需要严格要求 确保处理效果达到实验要求 4 对于数据的拼接 根据实验前期的设计方案 采用粗拼接方法 由于粗拼接的误差很大 所以拼接以后需要对数据进行多站点数据拼接平差 提高数据的精度 在多站点平差时候 可以改变误差的期望值 多次平差 比较误差值的大小 选取误差精度 5 进行数据的三维可视化建模 通过学习使用Geomagic NX进行模型的构建 数据建模的过程中 由于点云数据量太大 造成数据处理很困难 需要对点云数据的重采样 三角网处理时候减少三角形数量 在多边形阶段可以进行数据的简化 6 三维模型建好以后 通过测量可知 桥体的长度在52m 宽度在6m 桥的