三维激光扫描技术应用于古建筑测绘及其数据处理研究

摘要

地面三维激光扫描技术也称为“实景复制技术”,与传统的测量手段相比,具有数据获取速度快、外业作业时间短、自动化程度高、操作方便等优点,引起了测绘界的广泛关注。随着科学技术的快速发展,地面三维激光扫描技术广泛运用于各个领域,其中在建筑物测绘领域尤其是对中国传统建筑的测绘,三维激光扫描技术能够真实记录古建筑的真实三维信息与纹理信息,逐渐代替了传统的测量方式,对传统建筑物的保护、修复及测绘成果数字化并科学化的管理具有重要的意义。
　　本文在综合分析现有三维激光扫描技术基础上,结合古建筑测绘的实际需要,探讨了点云数据配准、粗差剔除及信息提取等问题,并通过应用实例加以检验、改进和完善。
　　首先分析几种常见的三维激光扫描仪的性能指标,对可能存在的一些模糊概念进行解释。在总结RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪的特点及主要性能参数基础上,结合古建筑测绘特点,选取基于简易六段法的三维激光扫描仪距离精度测试方法,对该扫描仪的测距精度进行测试。
　　针对古建筑物平面特征较复杂的特点,在总结三维激光扫描点云粗差剔除算法的基础上,研究实践平面拟合算法进行粗差剔除,并编程实现了其对点云数据中有用信息的提取,进而总结得到一种简单实用的粗差剔除方案。
　　探讨了目前常用的点云数据配准算法,结合RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪扫描的点云数据,重点探讨了RISCAN PRO软件的常用点云数据配准功能,并且对配准的原理、方法、步骤及应用场合给以分析说明。
　　以张闻天故居测绘为例,在制定完整、详细、可操作的工作流程基础上,具体开展了从三维数据获取、数据去噪、点云配准、数据融合、数据精简到生成三维模型、演示动画等方面的系列技术应用研究。
　　本文的研究成果可为实现古建筑的快速、高效测绘提供重要参考。

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1 绪论

1.1 选题的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

2 古建筑测绘

2.1 古建筑测绘知识

2.2 三维激光扫描技术运用于古建筑测绘

3 地面三维激光扫描技术及软硬件系统

3.1 地面三维激光扫描仪工作原理

3.2 地面三维激光扫描仪性能参数

3.3 RIEGL VZ-1000扫描仪及数据处理软件简介

4 RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪测距精度测试

4.1 三维激光扫描仪精度测试方案设计

4.2 RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪精度测试外业实施

4.3 六段法三维激光扫描仪精度测试数据处理程序设计

4.4 RIEGL VZ-1000三维激光扫描仪测距精度评定与误差分析

5 点云数据处理

5.1 点云数据粗差剔除

5.2 点云数据配准

5.3 RISCAN PRO软件的常用配准功能研究

6 古建筑测绘中三维激光扫描技术的实施

6.1 扫描前准备工作及注意事项

6.2 数据采集

6.3 数据处理

6.4 三维建模

7 论文总结

7.1 主要结论

7.2 不足与展望

参考文献

作者简历

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