三维激光扫描技术在土木工程领域的应用
摘要
三维激光扫描系统是一种集成多种高新技术的新型测绘仪器，它采用非接触式高速激光测量方式，在较短时间内获取地形及空间物体三维表面的阵列式几何图形数据，并以点云形式存储。
为了能够有效的将三维激光扫描技术应用于土木工程领域，本文结合同济大学测量系引进的一套ＦＡＲＯ三维激光扫描系统，研究了该系统的相关理论，学习归纳了当前各种点云数据后处理软件，最后提出一套较完整的三维激光扫描系统作业方案及数据后处理流程，并在海量点云去噪、多视点云精确配准及散乱点云数据的三维建模等方面提出了一些行之有效的算法。针对现有软件不足，在ＶＣ、Ｍａｔｌａｂ及ＯｐｅｎＧＬ平台下设计并开发一套点云数据后处理软件，并应用真实的建筑物扫描数据进行了验证和总结。本文主要包括以下几方面内容：
１、回顾总结了三维激光扫描系统的系统组成、基本工作原理及近年来在土
木工程领域应用的研究成果，探讨与分析不足之处。
２、具体研究了各种类型三维激光扫描系统的硬件设备与点云数据后处理流
程，并分析比较仪器测量误差和影响数据精度的各种因素
３、对海量点云数据的预处理进行研究，重点介绍了各种类型点云数据的去
噪算法，并提出距离分片剔除粗差点和尺度自适应的高斯滤波算法，实践证明该算法既具有远超其他算法的速度，又可以得到比较理想的去噪效果。
４、详细研究了多视点云精确配准的各种方法，并提出一种基于ＩＣＰ算法的
改进网格拼接法，该算法将寻找对应点之间的关系转化为寻找目标点与对应微小平面的关系，极大的提高了效率，且保证了拼接的精度。
５、在详细总结了当前散乱点云数据构建三角网格的相关理论基础上，提出
一种基于圆柱面投影的Ｄｄａｕｎａｙ三角化方法，该方法将三维空间离散点投影至平面上，继而进行Ｄｅｌａｕｎａｙ三角化，避免了对三维空间点的复杂操作，具有很强的实用性。
６、从三维模型重建软件研制的角度出发，结合三维扫描系统在土木工程领
域的应用目的，系统设计了点云数据后处理软件的数据结构、处理流程、具体功能及界面显示，并在ＶＣ＋＋及ＯｐｅｎＧＬ平台上编程实现部分功能。关键词：三维激光扫描仪，点云数据，多视点云拼接，点云去噪，构建三角网