三维激光扫描技术在土木工程领域的应用(4)

建立高精度的数字地面模型及城市三维模型。三维激光扫描影像数据作为－ｌＯ－

三维激光扫描技术在土木工程领域的应用

第１章绪论

ＧＩＳ系统和数据库更新的重要来源，采集的三维点云数据经过拼接和合并后，进行数据预处理剔除粗差数据，运用数据滤波和分类算法获得地面高程数据以及地物模型。地面高程数据用于建立高精度的数字地面模型，地物数据经提取和目标识别处理可实现城市三维模型的建立。

古建筑及文物的保护。在以前主要以摄影测量方法为主，现在更倾向于使用激光扫描技术来完成。比较其他方法，激光扫描技术获取的数据有很多优点：由于采样密集，能反应更多的细节；更直观，可在一般的计算机３Ｄ系统中直接观察；存档容易，可以随时方便地从中提取等值线、断面、剖面等信息。当建筑和文物遭到破坏时能及时而准确地提供修复数据。

带状地形测图数据采集。地面激光扫描仪可进行野外局部带状地形区域的分段扫描，在具有一定重复扫描区域内，进行三维影像拼接和合并生成带状影像图。通过少量的测量控制点转换到国家或者城市控制坐标系中，用地形或者地物的三维点云数据建立模型，生成带状地形图。对于铁路、公路、航道两岸的局部不规则带状地形图测量，较常规方法测量速度快、精度高。

森林和农业资源调查。应用激光扫描仪对森林里的树木进行扫描，可以较准确地获得用传统方法只能估计得到或者只能近似测量的表征木质的重要参数（曲直度、可砍伐性等），可以非常准确地了解某时刻的森林现状。不同时间测量结果比较还可以了解森林动态变化。

变形监测。传统的变形监测主要有近景摄影测量或者ＧＰＳ＋全站仪两种方法。这两种方法都需要在建筑物上设置监测点，数量有限，因此得到的信息也有限，不足以完全体现整个变形体的实际情况。而采用激光扫描技术可以方便地获取高密度高精度的观测数据，且这些观测数据可以完整地覆盖整个被监测对象。远程激光扫描仪可以用于滑坡、岩崩、河岸崩塌、矿山塌陷等危险和难以到达地方的变形监测和方量计算，有效监控其变化范围和量级，应用于防灾减灾。中程激光扫描仪多用于大坝、船闸、桥梁等的变形监测。

土方和体积测量。根据地面激光扫描仪获取的高密度的点云数据，经滤波后可以生成目标对象的ＤＥＭ模型，进而实现目标对象体积的测算。

医学研究领域。在这个领域应用的扫描仪特点是测程短（“ｍ），测距精度高（＜ｌｍｍ），如ＭｉｎｏｌｔａＶ１９００配置长、中、广三种不同焦距的镜头，测距精度高于０．１ｍｍ，测程为０．６－－，２．５ｍ，应用于外科整形、人体测量、矫正手术等方面。对象识别。在工业界有很多领域需要快速识别目标对象并进行三维建模，

三维激光扫描技术在土木工程领域的应用

第１章绪论

使用高速激光扫描仪可以实时获取目标对象的三维形体信息，配合以适当的数据处理技术，较传统手段更容易达到目的。这在机器人视觉等领域有很好的应用前景。

逆向工程领域。管线装配及管道工程、工程操作、规划施工、改造工程、修复工程、设备维护及管理、设备改造、产品仿制、目标监测、工程测试及评估、试验工程、装备对抗模拟、虚拟工厂、古建维修、文物保护、文物修复、虚拟博物馆、预研工程、方案评审、碰撞实验、测绘工程、计量工程、后处理工程、可视化演示、情报获取、３Ｄ数据仓库建设、仿造工程、三维数字化建设、翻新工程、企业信息化建设、检测工程、测试工程、评估工作、虚拟演练工作、对象仿真工程、任务模拟工程等。

１．２本文的研究内容及结构

本文研究的对象主要是基于地面的激光扫描仪所获取的城市建筑物点云影像数据。由于在点云数据获取之后需要对其进行大量的后处理操作，因此本文主要针对海量点云去噪滤波、多视点云精确配准、模型表面三角格网的构建三个方面开展研究，并采用距离分片法和自适应的高斯滤波法进行点云的去噪滤波，采用基于ＩＣＰ算法的改进网格拼接法进行精确配准，并分别编制程序实现，最后根据扫描仪自身的扫描特点提出一种基于圆柱面投影的Ｄｅｌａｕｎａｙ三角网格化方法。

论文的具体内容与结构如下：

第一章全面的概括了三维激光扫描技术的研究背景及发展趋势，三维激光扫描技术目前的发展状况及其在经济社会各领域的应用前景。最后结合该系统的特点提出本文的研究内容。

第二章主要介绍了三维激光扫描系统的软硬件设备，包括系统的基本组成和工作原理，点云数据的后处理流程及理论发展、几种后处理软件的功能，另外还专门介绍了三维激光扫描系统的应用前景，尤其是在土木工程领域的应用。最后对系统的误差和精度进行了简单的分析。

第三章针对在土木工程领域的应用要求，提出了距离分片剔除粗差法、自适用高斯滤波法、基于ＩＣＰ算法的改进网格拼接法和基于圆柱面投影的Ｄｅｌａｕｎａｙ三角网格化方法，并对各种算法的结果进行分析。．１２．

三维激光扫描技术在土木工程领域的应用

第１章绪论

第四章根据点云数据后处理的基本流程，结合在土木工程领域的需求，提出后处理软件的系统设计方案，并编制软件实现部分功能，对软件的数据结构和操作流程进行了简要介绍。

第五章总结全文，归纳了本文的研究内容，提出文中的不足之处和今后的发展方向。．１３．