基于LIDAR技术的三维城市建模方法研究

摘要

随着科学技术的进步和人类社会的发展，传统的地图测绘成果已经不能满足当今社会人们的需要。随着数字城市概念的产生与发展及虚拟现实技术手段的不断进步，使数字地图的三维化、真实化、实用化展示成为可能。在新时代要求三维地图能够更加准确的表达客观地物的精确细节并具有良好的展示效果。这不仅要求地图数据源的质量进一步提高，还需要更加科学的虚拟现实技术平台来承载高精度的三维立体模型。三维激光扫描技术作为一种新兴的遥感测量手段，可以快速地获取高精度的地表三维坐标信息。依此数据制作的城市三维模型能够满足快速化、高精度、可分析、高度虚拟现实的要求。针对以上几点，本文的主要研究内容包括：
　　 1、综合分析了LIDAR技术的发展历史与当今的研究发展现状。分析当前的激光三维点云数据应用方法，即基于LIDAR技术的三维城市建模方法。
　　 2、研究了激光测距技术的基础理论，阐述三维激光扫描仪的扫描工作原理。按照扫描平台不同和扫描方式的不同对激光扫描仪进行了分类。论述了几种不同扫描方式的原理及特点。针对三维激光扫描仪通常提供的仪器参数信息，详细说明了扫描射程、单点精度、采样密度、扫描速度等几个重要的参数的意义和参考价值。并对点云数据误差来源等基础理论进行详尽的分析。
　　 3、深入研究了利用模拟建模、依图而建方法和航空摄影测量方法进行城市三维建模的基本原理与建模方法。并从技术程度、资金成本和实现难度这三个方面，将这几种方法于基于LIDAR技术的城市三维建模方法进行了详细的比较。从中分析了各建模方法的优缺点和适用范围，突出了LIDAR技术应用于城市三维建模的优势。
　　 4、研究总结了机载LIDAR应用于城市三维建模的技术方法。论述了机载LIDAR的几种点云扫描方法，并结合机载平台的特点，分析了机载LIDAR点云数据的特点。针对其特点，延伸出了点云预处理和点云滤波方法。最后论述了基与LIDAR点云数据的城市三维模型的生成方法。
　　 5、研究了地面三维激光扫描仪进行精细化建模的方法与技术路线。从点云的获取、点云的预处理，到三维模型的建立方法和后期展示技术，全面的论述了基于地面三维扫描仪进行精细化建模的完整路线，并以逆向软件Geomagic的相关功能为例，演示了点云数据预处理和三角网格模型的处理方法。