车载激光扫描数据的整合、分割与建模

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在城市空间基础数据获取与应用服务追求快速性、准确性、完整性、经济性的形势下,激光扫描技术作为一种数据获取手段,在测绘、交通、环保、城市规划等领域得到了极大的应用。集成了GPS(Global Positioning System 全球定位系统)、INS(Inertial Navigation System 惯性导航系统)和线阵激光扫描仪等多种传感器的车载激光扫描系统,在车辆正常行驶的过程中动态采集数据,获取目标地物的空间信息。车载激光扫描数据也称作“点云”,从散乱的空间点云中快速、准确的提取出有用的信息,并为数字城市建设提供快速有效的分析工具和三维景观建模方法,是需要深入研究的内容。本文以车载激光扫描数据的整合、分割以及建模为目标,采用数字图像处理技术与数字近景立体摄影测量技术,对多传感器的标定方法、基于车载激光扫描系统的数据分割方法以及表面模型的快速构建方法进行了深入的研究,主要研究内容和成果如下:   (1)针对车载激光扫描系统多传感器集成的特点,研究系统标定方法。通过构建了车载激光扫描系统的定位方程,利用罗德里格矩阵的方法求解出标定参数,完成误差分析,并设计与实现了数据整合的原型与系统。   (2)针对车载激光扫描系统数据采集的特点,将城市场景中的地物分为四大类,即路面、建筑物立面、独立地物以及隧道;针对主要地物的空间分布特征,采用适宜的分割方法:对于路面,根据激光扫描仪等角度获取数据的特点,论文采用等角度投影密度分割的方法;对于建筑物立面,论文先根据建筑物在街道场景中的分布特征进行了粗分割,然后利用数学形态学的原理分割出建筑物立面;   对于独立地物,论文采用生成最小生成树的方法,分析散乱点的空间分布关系,从而完成对独立地物的分割;对于隧道地物,论文利用统计、分析每条扫描线中有效点率,通过划分阈值的方法,实现对隧道的提取。   (3)针对基于车载激光扫描数据的表面模型构建方法展开研究。线阵车载激光扫描仪垂直于车辆行进方向动态采集数据,每条扫描线数据相当于地物的一个横断面,对相邻扫描线构建三角网能准确表达其所覆盖的狭长区域的表面特征,对所有相邻扫描线构建三角网就得到了地物的完整的表面模型。基于车载激光扫描数据的特点,论文提出了一种快速表面模型构建方法,即“编织算法”,并通过与同类型方法在执行效率和效果的比较,验证了本论文方法的适用性。
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