三维激光扫描数据处理及建模研究——以安徽理工大学老校区建筑物为例

摘要

随着各种领域对数据信息的要求越来越高，三维激光扫描仪快速的走进人们的视野，其操作简单、获取数据速度快、数据量庞大、高精度等特点越来越受推崇。扫描仪通过发射激光对物体进行扫描，可获取每一个点的三维坐标数据，大量的点的堆砌就是物体的外部模型。
　　本文详细介绍了扫描仪的系统结构及其原理特点，对现有扫描仪进行了分析总结，并着重介绍了本文实验所使用的HS650扫描仪。其次，对扫描仪的工作流程进行了总结，包括数据采集、数据处理等。文中对数据处理中的点云拼接进行了重点分析，列出了三种点云配准的算法:无控制点的点云配准、基于控制点的单站配准、少量控制点的区域网整体配准。
　　文中对扫描的误差进行了分析，包括仪器误差与外界环境误差等，并根据误差原因做了部分实验，对仪器进行了测距误差以及测角误差检校，同时分析了扫描仪实测精度与理论精度的区别。试验得出:100m以内时，扫描仪内符合精度基本保持在2mm以内，且相对稳定，超过100m后，精度快速降低;以TS02全站仪为参考，三维激光扫描仪在100m以内时，其外符合精度在2mm以内，精度高且相对稳定，超过100m时，精度与距离成反比。
　　安徽理工大学于2016年正式搬迁，老校区中部分有几十年历史的建筑物也将拆除。本文以老校区内建筑物红楼为例，根据三维激光扫描仪实测数据，结合3Dmax对建筑物红楼进行三维建模，三维模型的完成对建筑物红楼的重建有一定的辅助作用。点云数据导入3Dmax后，可编辑建筑物的外部轮廓，结合建模、渲染工具，最终得出建筑物的三维模型。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容

2 三维激光扫描技术及试验设备

2．1 三维激光扫描系统的构成

2．1．1 激光测距系统

2．1．2 激光扫描系统

2．2 扫描仪的分类

2．3 三维激光扫描仪的特点及应用现状

2．3．1 扫描仪特点

2．3．2 三维激光扫描仪的应用现状

2．4 HS650扫描仪

2．5 小结

3．1．1 标靶

3．1．2 数据采集

3．2 点云配准

3．2．1 配准概念及原理

3．2．2 无控制点的配准

3．2．3 基于控制点的单站配准

3．2．4 少量控制点的区域网整体配准

3．3 点云去噪

3．4 小结

4 三维激光扫描误差分析及仪器检校

4．1 误差分析

4．2 点云精度分析

4．2．1 理论精度

4．2．2 实际精度

4．3 误差检校方法

4．3．1 测距误差检校

4．3．2 测角误差检校

4．4 小结

5 结合3Dmax模型重构

5．1 数据采集

5．2 拼接与去噪

5．2．1 点云拼接

5．2．2 点云去噪

5．3 结合3Dmax建模

5．3．1 提取特征线

5．3．2 贴图

5．4 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果