三维多站点云拼接新技术在文物保护中的应用

三维激光扫描技术是一项新型的立体测绘技术,具有高效率、高分辨率、高精度、高穿透性等优点,在变形监测、灾害监测、三维重建、文物保护、数字城市等方面应用前景广泛。本文对三维激光扫描中的三维点云拼接技术的难点进行了方法性的研究,提出了新的点云拼接方法,通过实例应用天宝Surphaser对扫描的数据进行拼接处理,比较各种拼接技术精度的高低,得出相应结论,该方法可以很好地应用于文物保护等领域,具有十分重要的参考意义。

基于流形聚类的欠采样非均匀密度三维点云配准

三维点云配准中各个视图的激光扫描点云数据彼此之间会存在重叠的部分。针对由于重叠区域不同而造成的点云密度不均匀直接影响多站点云配准精度的问题,本文提出一种基于流形聚类的欠采样非均匀密度多站三维点云配准方法。首先,将测地距离作为相似性度量,对不平衡点云数据进行聚类划分实现点云数据精简;然后,采用K邻域搜索方法计算每个点半径范围内点的个数,划分点云分为密度区域;再对密度较大的区域进行聚类并对每个聚类进行曲面拟合,计算曲面上所有点的曲率;再提取曲率较大的点,使得密度较大的区域与密度较小的区域中点云的个数基本保持平衡,得到密度较为平衡的点云数据。最后,将流形聚类欠采样后的点云使用K均值(K-means)进行聚类并更新聚类中心和刚性变换矩阵,实现非均匀密度多站点云配准。与随机采样法和均匀采样法相比,本文方法的倒角距离较小,并且保留了点云的局部特征信息。在斯坦福大学公共数据集中的Bunny数据集上的实验表明,所提方法在保证配准精度的前提下使配准的效率提高了60%以上。

基于激光点云的复杂站场接触网静态检测系统设计与实现

针对传统接触网静态检测方法在复杂站场环境下检测效率低、对运输秩序存在潜在干扰等问题,设计了基于激光点云的接触网静态检测系统。通过多站点云快速精确配准、接触网点云要素提取和静态几何参数精确计算等技术,实现了站场接触网点云场景的快速精细重构、接触网接触线与钢轨几何结构的准确提取,以及接触网导高与拉出值的精确计算。以天津西高铁站实测点云数据进行应用验证,结果表明,该系统能够对多站点云数据进行高效处理,对接触网关键几何参数的计算精度达到±5 mm,显著提升了站场接触网静态检测的效率和准确度。

基于地面激光点云的树木胸径快速量测方法

林业资源调查中,地面激光扫描技术已经成为重要的数据采集与研究方法。树木胸径是一项基础的林分参数。针对现有提取算法的时间成本与扫描点云数据量大的问题,本文提出了一种基于地面激光扫描的树木胸径快速量测方法。该方法以多站配准后的点云为数据输入,运用圆柱拟合的方式,快速鲁棒地实现了树木胸径的无损提取。通过树木胸径量测实验,本文就精度与时间两方面和Computree软件平台的树木胸径提取功能进行对比。结果表明,该方法提取树木胸径的均方根误差分别为1.62 cm与1.32 cm,决定系数分别为0.94与0.97,优于Computree软件平台的计算结果。此外,该算法耗时较短,低于Computree软件平台的计算时间。

配电房遥控移动三维扫描及点云自动拼接方法

为解决目前配电房配网规划改造设计中缺乏配电房结构及内部设备精确三维空间数据的快速获取装备与方法的问题,该文设计研发了配电房遥控移动三维激光扫描系统,提出了一种基于履带车编码器的配电房多站点云自动拼接方法,该系统将激光扫描仪安置于遥控履带式移动平台上,作业人员可在配电房外,遥控扫描系统移动到合适的测站位置,实现配电房内部的多站扫描,该方法能快速实现不同站点间的点云数据的粗拼接,再利用广义迭代最近点(GICP)算法迭代实现精配准,获得完整统一的精确配电房三维点云数据。该文研发的配电房移动扫描系统避免了操作人员进入带电的配电房作业,可在符合配电房安全管理规范的前提下,完成配电房扫描数据采集,提出的基于编码器的多站点云自动拼接方法可降低扫描仪的配置要求,降低系统成本。

基于流形聚类的非球类目标多站三维点云配准方法

非球类物体形状结构复杂,利用点云直接进行配准易出现误匹配现象。针对该问题,引入流形上的测地距离结合物体的实际几何形状,将三维点云配准问题转换为聚类问题,提出一种基于流形聚类的多站点云配准方法。首先,将经粗配准后的三维点云划分为若干个聚类;然后,以测地距离作为聚类划分的依据更新聚类中心,同时更新刚性变换,再循环迭代此过程以获得最终配准结果;最后,由于在配准过程中计算测地距离矩阵时易产生计算消耗,引入热梯度法将点集在空间中的遍历过程转换为泊松方程的求解过程以提升效率,完成多站点云配准。在斯坦福大学公共数据集中的Bunny、Dragon等点云数据上的实验结果表明,所提方法可有效将非球类物体的配准精度整体提升20%∼30%。