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采空区三维激光扫描数据的分析与处理

作　者: 孙树芳
导　师: 方源敏
学　校: 昆明理工大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 三维激光扫描技术点云采空区精度分析数据处理
分类号: P234.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

地球空间信息技术是当今世界各国研究的热点之一,信息的获取、处理和应用是其研究的三大主题。三维激光扫描测量技术是最近迅速发展起来的一项新技术,已成为空间数据获取的一种重要技术手段。三维激光扫描测量技术具有快速性、不接触性、实时性、动态性、主动性、全数字性、高精度、高密度、高效率等许多传统的常规测量技术所不具有的优点。三维激光扫描测量技术在诸多领域具有广阔的发展前景和应用需求,例如它可以应用在建立城市3D模型、林业调查、灾害评估、水下地形测量、矿山测量、危险领域的测量、柔性目标的测量、历史古迹的调查与恢复等诸多方面。三维激光扫描测量技术的出现极有可能会为测绘行业带来一场新的技术革命。本文主要从测绘科学的角度对三维激光扫描测量技术进行了研究。首先,本文介绍了三维激光扫描技术的研究现状,三维激光扫描系统的工作原理。其次,对多种不同的三维激光扫描仪进行详细的类别划分,并简要探讨了三维激光扫描技术与传统测量方法的区别。再次,针对本论文中所应用的Optech公司的CMS洞穴测量激光扫描仪及后处理软件PolyWorks10.0进行了较详尽的介绍。然后,分析了系统获取数据过程中的误差来源以及误差对扫描获取点云数据的精度影响。最后,根据三维激光扫描仪获取的点云数据特性,在VC6.0环境下编写了一个点云数据压缩程序,结合Optech CMS洞穴测量系统在大红山铜矿采空区中的应用工程实例,阐述了三维激光扫描技术工程应用流程,包括三维数据的获取、点云数据的压缩、噪音的删除、扫描漏洞的填补、三维模型基本信息的获取等整个过程。探讨三维激光扫描技术在测绘领域中应用的优势,总结三维激光扫描技术的工程适用性及存在的问题并分析实际工程应用效果。研究结果表明,三维激光扫描技术获取数据的快速性、高效性、高精度和高分辨率特性是传统测量方法无法比拟的,该技术的应用有着广泛的前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 课题的由来、研究目的和意义  10-11
    1.2.1 课题的由来  10-11
    1.2.2 研究目的和意义  11
  1.3 三维激光扫描测量技术的发展与现状  11-12
    1.3.1 三维激光扫描测量技术的发展  11-12
    1.3.2 三维激光扫描测量技术的研究现状  12
  1.4 论文主要内容与技术路线  12-15
第二章三维激光扫描测量技术  15-26
  2.1 三维激光扫描技术的基本原理  15-17
  2.2 三维激光扫描仪的分类  17-23
  2.3 三维激光扫描技术的特点及与传统测量技术的区别  23-24
    2.3.1 三维激光扫描技术特点  23-24
    2.3.2 三维激光扫描测量技术与传统测量技术的区别  24
  2.4 三维激光扫描测量技术的应用领域  24-26
第三章 CMS洞穴测量系统及其后处理软件  26-39
  3.1 CMS洞穴测量系统介绍  26-29
    3.1.1 采空区三维激光扫描工具CMS简介  26
    3.1.2 CMS系统硬件基本组成  26
    3.1.3 CMS测量基本原理  26-28
    3.1.4 CMS技术参数  28-29
  3.2 CMS工作数据流程及现场探测方法  29-33
    3.2.1 CMS工作数据流程  29
    3.2.2 采空区现场探测方法  29-33
  3.3 CMS的特性  33-35
    3.3.1 CMS与其它三维激光扫描仪的比较  33-34
    3.3.2 CMS测量空区的优势  34-35
  3.4 三维数据处理软件PolyWorks10.0  35-39
    3.4.1 对齐模块  36-37
    3.4.2 合并模块  37
    3.4.3 编辑模块  37-38
    3.4.4 检测模块  38
    3.4.5 压缩模块  38
    3.4.6 纹理模块  38-39
第四章三维激光扫描系统的误差分析  39-45
  4.1 三维激光扫描系统的误差来源  39-40
  4.2 误差对点云数据精度的影响分析  40-45
    4.2.1 激光光束发散的影响  40-41
    4.2.2 坐标系统转换的影响  41-43
    4.2.3 测站的仪器架设和后视定向误差的影响  43
    4.2.4 望远镜放大倍数的影响  43-45
第五章采空区三维激光扫描数据的压缩处理  45-58
  5.1 点云数据的获取  45
  5.2 点云数据的特点  45-46
  5.3 CMS原始扫描数据的格式转换  46-49
  5.4 点云数据压缩程序设计  49-54
    5.4.1 点云数据压缩的意义  49
    5.4.2 点云数据压缩问题分析  49-50
    5.4.3 采空区特征点的提取  50-51
    5.4.4 点云数据压缩处理程序算法  51-54
  5.5 点云数据压缩的实现  54-55
  5.6 点云数据压缩结果分析  55-58
    5.6.1 数据压缩与模型形状的变化  55-57
    5.6.2 数据压缩与模型体积的变化  57
    5.6.3 数据压缩与模型断面面积的变化  57-58
第六章采空区三维模型的后处理与信息获取  58-63
  6.1 采空区三维模型数据的后处理  58-61
    6.1.1 删减扫描到的噪音  58-59
    6.1.2 填补空洞  59-60
    6.1.3 模型三角网格优化  60-61
  6.2 采空区三维模型基本信息的获取  61-63
    6.2.1 点的三维坐标查询  61
    6.2.2 三维距离和角度的量测  61-62
    6.2.3 采空区表面积及体积的量测  62
    6.2.4 采空区断面的生成  62-63
第七章总结与展望  63-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70

采空区三维激光扫描数据的分析与处理

内容摘要

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