A Novel Airborne 3D Laser Point Cloud Hole Repair Algorithm Considering Topographic Features

Hole repair processing is an important part of point cloud data processing in airborne 3-dimensional(3D)laser scanning technology.Due to the fragmentation and irregularity of the surface morphology,when applying the 3D laser scanning technology to mountain mapping,the conventional mathematical cloud-based point cloud hole repair method is not ideal in practical applications.In order to solve this problem,we propose to repair the valley and ridge line first,and then repair the point cloud hole.The main technical steps of the method include the following points:First,the valley and ridge feature lines are extracted by the GIS slope analysis method;Then,the valley and ridge line missing from the hole are repaired by the mathematical interpolation method,and the repaired results are edited and inserted to the original point cloud;Finally,the traditional repair method is used to repair the point cloud hole whose valley line and ridge line have been repaired.Three experiments were designed and implemented in the east bank of the Xiaobaini River to test the performance of the proposed method.The results showed that compared with the direct point cloud hole repair method in Geomagic Studio software,the average repair accuracy of the proposed method,in the 16 m buffer zone of valley line and ridge line,is increased from 56.31 cm to 31.49 cm.The repair performance is significantly improved.

基于杆塔点云数据的数字化输电线路防雷性能评估技术

针对气象条件、线路长度等因素对防雷性能产生影响,导致防雷性能评估准确度下降的问题,提出基于杆塔点云数据的数字化输电线路防雷性能评估技术。利用机载三维激光扫描技术获取杆塔点云数据,实施去噪和精简处理,提取杆塔特征参数和地形地貌特征参数,结合其他特征构成雷击风险评估指标体系。计算雷击跳闸概率值,明确雷击跳闸风险;计算输电线路的防雷程度值,确定对应的防雷等级。实验结果表明,所提方法的防雷性能评估结果与历史数据初步判定的防雷性能结果一致,该技术可以显著提高输电线路防雷性能评估的精度。

基于三维点云的轮对踏面轮廓动态测量教学实验设计

通过MV-DP090-02B激光轮廓传感器获取轨道车辆轮对踏面轮廓影像信息,再将物体表面轮廓位置转化为三维点云数据,并对数据进行降噪和特征提取,然后对踏面轮廓进行三维重建。文章结合轮对踏面动态测量实验,对轮对低速转动过程中的踏面轮廓进行了扫描。数据处理结果表明,基于MV-DP090-02B激光轮廓传感器获取的三维扫描点云数据及相关数据处理,可以动态测量轮对转动过程中的踏面轮廓;MV-DP090-02B激光轮廓传感器能够满足实验室的测量需求,操作简便,是“轨道交通车辆机械检修”课程实验中轮对踏面轮廓获取的一种新方法。

基于点云数据配准的输电线路异常检测方法

异常检测是输电线路运维中的重要环节,可为输电线路故障维修提供可靠依据。但现有检测方法命中率较低,且检测结果与实际运行线路的斯皮尔曼相关系数较低。针对现有方法的不足,提出了一种基于点云数据配准的输电线路异常检测方法。首先,利用三维激光扫描仪采集输电线路点云数据;其次,对采集点云数据中离散点进行降噪处理,并通过点云数据配准方法模拟输电线路状态;最后,通过与正常输电线路对比识别线路异常状态,以完成输电线路异常检测。实验表明,异常检测方法命中率高达96%以上,检测结果与实际运行线路的斯皮尔曼相关系数达0.9以上,同时,该方法在输电线路异常检测方面具有良好的应用前景。

激光雷达移动扫描的输电线路实例化分割研究

为实现输电线路的实时实例化分割测距,提出了一种基于激光雷达(LiDAR)移动扫描的输电线路点云分割方法。该方法首先设计滑动空间窗口的卡尔曼滤波策略实现动态点云配准,增强稀疏点云密度;然后构建了面向输电线路目标的三维点云语义分类神经网络模型,通过均匀化下采样和局部特征聚合提高对大尺寸空间目标的整体识别能力;最后应用俯视图投影并设计快速欧氏聚类算法,实现输电线路目标分割和测距。实验结果显示,该方法在LiDAR移动扫描的输电线路三维点云数据集上有94.7%的分类准确率和81.6%的平均交并比,验证了其具备对输电线路目标进行实时实例化分割和测距的能力。

车载激光点云斑马线提取方法研究

针对城市道路斑马线测量困难、既有基于点云数据识别提取斑马线方法存在较多弊端的问题,以车载激光扫描点云数据为基础,利用车载扫描系统点云扫描线对斑马线角点提取算法进行优化设计,通过OTSU算法分离斑马线点云,分别采用“扫描线数量-水平距离”频率分布直方图、移动判别窗口,结合RANSAC算法对斑马线长短边进行提取作业,通过斑马线长短边几何关系对斑马线角点坐标进行精确提取,依托实际工程项目对算法提取准确性进行分析验证,将斑马线角点提取结果与人工实测数据进行对比分析,通过中误差和距离均方根误差综合验证了斑马线角点提取算法的可靠性,为城市运营道路斑马线、标示线等道路特征线快速采集更新提供了新型技术方法。

基于点密度调整的激光雷达点云配准改进方法

线扫激光雷达设备由于扫描机制,采集的点云数据会呈现条纹结构。为了改善点云配准结果,提出了一种基于点密度调整的激光雷达点云配准改进方法。首先利用八叉树算法和区域生长法将输入数据转化成超体素框架图。然后基于该框架来约束重采样过程,将重采样点沿法向量方向移动,再根据一个使点均匀分布的最小化能量函数来调整插入点分布,实现数据重采样。实验表明,该算法能改进点云质量,提高经典ICP算法和3D-NDT算法的配准精度,减少配准耗时。

激光扫描技术在输电线路工程监测中的应用

受周围环境的影响,输电线路在建设过程中的受力及反复热胀冷缩,导致导线弧垂发生变化,会与设计值存在一定偏差,因此在特殊工况下监测线路弧垂至关重要。为此采用三维激光扫描技术,获取研究区域输电线路的点云数据与三维地理空间信息,构建输电线路三维模型,通过数据分析提取线路空间坐标,计算输电线路对地或跨越物的安全距离。研究结果表明,三维激光扫描技术可实现输电线路的弧垂、空间的精确测量,测量精度可达0.001 m,有助于提高输电线路工程施工建设质量及安全管控水平,具有一定的推广应用前景。

基于三维激光扫描的隧道衬砌厚度及混凝土用量计算方法

为实现施工过程中隧道衬砌厚度控制,在三维激光扫描技术的基础上,提出了基于激光扫描点云的隧道衬砌厚度及混凝土用量计算方法。采用三维激光扫描仪获取隧道毛洞、初期支护、二次衬砌内表面的三维点云,对这些数据进行坐标转换、切割处理,并根据本文提出的计算方法对处理后的数据进行分析,得到衬砌的计算厚度及混凝土用量。经现场试验验证,本文的计算方法能够快速计算出衬砌厚度及混凝土用量,并能确定衬砌超厚、欠厚的位置;初期支护、二次衬砌的混凝土计算用量与实际用量分别相差0.90%、0.59%。本文的计算方法准确、有效,能够用于施工期间隧道衬砌厚度和混凝土用量的实时检测。

地面三维扫描点云数据生产流程简析

地面式三维扫描系统可以在极短时间内获取仪器视野内物体表面的坐标、反射率、色彩等数据,再通过转站扫描、数据拼接等内业处理,生产出准确、高效、多用途的三维点云数据模型。三维激光扫描技术突破了传统测量仪器单点测量的局限,能够在极大程度上还原现场,不仅能在传统测量领域发挥特长,还能够应用到工业逆向工程、建筑工程BIM管理、古建建模、事故现场复原等众多行业领域中。文章结合生产实践,从细节上阐述了点云数据实际生产流程及关键技术处理。

基于车载激光扫描点云数据的道路边线提取方法研究

为了在移动车载激光扫描点云数据中尽可能完整准确地提取道路边线,本文根据道路边界在点云场景中分布特征,提出了一种自动化的道路边线提取方法。首先,为消除无用点对道路边线提取的影响,在原始渐进式形态学滤波算法的基础上提出了一种改进的点云滤波算法,用于非地面点滤波,从而提高了点云滤波的运算效率和精度;其次,将地面点投影至二维图像上,并通过直线段检测算法(LSD)得到道路边线直线段;最后,通过直线连接和直线特征匹配实现最终的道路边线提取。通过对两组道路点云数据进行算法验证,结果表明,本文算法提取道路边线的完整率、准确率以及F-Measure均达到90%以上,验证了本文方法的有效性与适应性。

空间信息约束的改进ICP算法大场景点云快速配准方法

针对大场景点云快速配准对初值要求高的问题,将测站空间位置与三维角点特征作为空间约束信息,改进传统迭代最近邻点法(ICP)配准算法。考虑点云密度与扫描仪的距离关系,结合使用点—点准则与点—线准则进行点云精配准。实例验证结果表明,在4 507万点云场景下,均方根误差(RMSE)达到0.231 1 m,较直接使用ICP算法提高0.352 1 m,较使用采样随机采样一致性算法RANSAC+迭代最近点算法(ICP)方法提高0.119 3 m,时间分别缩短5.87、18.32 s;在843万点云场景下,RMSE达到0.051 6 m,较直接使用ICP算法提高1.052 1 m,较使用RANSAC+ICP方法提高0.266 9 m,时间分别缩短2.10、19.43 s;提取到的有效角点较Harris3D算法提高了34.84%,证明本文算法能够用于大场景散乱点云的快速配准。

结合扫描线与栅格投影的车载LiDAR实时道路边界提取

针对车载激光雷达(LiDAR)实时点云数据提取道路边界困难的问题,本文采用扫描线与栅格投影地图相结合的方法进行道路边界提取。首先,基于方位角周期性实施扫描线分离;其次,采用单束点云空间邻域联合分割滤波分离路面点,保留非路面点进行障碍物地图建立;再次,以搜索格网两方向的搜索方式,增加高程极差和路宽约束条件进行道路边界提取;最后,通过多项式曲线拟合算法进行边界拟合,并选取两组代表性KITTI郊区道路数据进行试验。试验结果表明,本文方法能够有效提取道路边界,且应用效果良好,平均准确度可达80%以上。

三维激光扫描技术在储煤筒仓耐磨衬板检测中的应用

针对储煤筒仓内部封闭、光线不足等复杂环境造成传统方法难以实现对耐磨衬板病害检测的问题,本文采用三维激光扫描技术对黄骅港储煤筒仓内部耐磨衬板病害情况进行了检测与评估。通过三维激光扫描技术完成了对筒仓内部结构的三维模型构建,介绍了点云数据处理流程、数据分析方法,结合三维模型云图和灰度影像图实现了对衬板脱落、磨损等病害情况的识别与分析,验证了三维激光扫描技术在储煤筒仓耐磨衬板病害检测中的可行性和有效性,为储煤筒仓的维护和修复提供了依据。

车载激光扫描数据的结构化道路自动提取方法

车载激光扫描系统获取的结构化道路环境(城市道路/高速公路)点云数据量大、目标复杂,难以有效提取出道路的点云。本文通过分析扫描线上激光点云的空间分布和统计特征,提出一种适用于结构化道路环境的道路点云自动提取方法。在Optech公司提供的两份车载激光扫描点云数据中,道路提取结果的完整率、准确率、提取质量相应地超过94.92%、95.80%和91.13%。通过定量和定性的试验分析,该方法不仅适应于有固定道路宽度的规则道路提取,同样适用于无固定宽度的非规则道路提取。

一种基于扫描线的数学形态学LiDAR点云滤波方法

运用数学形态学的机载激光雷达点云滤波方法一直在不断发展,Keqi Zhang方法是其改进方法之一。针对Keqi Zhang方法对原始点云数据造成内插误差的不足,提出了一种基于扫描线的数学形态学LiDAR点云滤波方法。该方法直接在扫描线上进行数学形态学开运算,并对扫描折线问题进行有效处理。3个测区的试验结果和滤波指标统计表明,该方法可以有效达到滤波效果。

三维激光扫描拟合平面自动提取算法

在对现有的点云数据分割和拟合算法进行深入研究的基础上,指出现有算法的不足.充分利用扫描线数据自身固有的特点,提出了新的算法.对RANSAC算法进行了改进,改进后的算法既具有较好的抗差性能,又在计算效率上较现有的抗差算法有了较大的提高,且能够得到更准确的提取结果和更合理的扫描点分隔归属.提出了平面拟合计算过程中拟合直线段端点的定权算法,解决了现有算法中由于拟合直线段端点权重不同无法直接参与平面拟合计算的问题.提出了完整的细碎平面剔除规则.实例证明,利用该算法能够取得较好的点云数据拟合平面自动提取结果.

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。

基于扫描线的渐进式形态学机载LiDAR点云滤波

针对二维格网形态学的插值误差及二维原始点云形态学的耗时等问题,提出一种基于扫描线的一维渐进式形态学LiDAR点云滤波方法。该方法根据点云数据近似直线扫描和顺序存储的特点,将一维渐进式形态学方法运用于LiDAR原始点云,分析运算后的点值与其原始值的差异,逐步滤除非地面点。为验证算法的有效性,采用ISPRS测试数据进行实验,结果表明,该算法无论是在城市地区还是在郊区均能有效滤除非地面点,且具有较高的可靠性。

三维激光扫描拟合直线自动提取算法研究

由于扫描点云数据中存在大量的粗差扫描点,故很多点云数据处理算法都具有较强的抗差性能。但是这些算法为了抵御粗差的影响往往需要进行大量的模型检验计算,导致计算效率较低。利用扫描线数据自身固有的特点,提出一种改进的RANSAC算法。该算法既具有较好的抗差能力,又在计算效率上较传统的抗差算法有较大的提高。利用该算法得到的结果更加准确,扫描点的分割归属更加合理,为后续的拟合平面提取计算提供了更加可靠的基础数据。