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粮仓储量三维激光扫描快速测量技术研究

作　者: 李鹏
导　师: 孙卫东
学　校: 清华大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 多视点激光快速配准数据均化三维粮仓模型体积估算
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

清仓查库是粮食储备中的重要环节之一,对粮食宏观调控、粮食安全等均起着极为重要的作用。本文研究针对现有年度清仓查库工作消耗大、效率低、精度低等实际问题,结合国家科技支撑项目需求,就基于三维激光扫描的粮仓快速建模与储粮体积快速测量技术展开了研究。本文成果与创新性具体体现在以下几个方面:1.针对粮仓内部空间限制下低扫描站点布设所带来的局部数据冗余问题,提出了一种有针对性的自适应重采样方法。该方法结合MLS下采样技术,根据局部采样率、局部曲率特征,自适应地合理选择下采样率,有效解决了数据冗余问题,并去除了部分噪声。2.针对粮面与建筑体分割问题,设计开发了一种基于二维栅格的自动分割方法。该方法将点云数据投影到二维均匀栅格中,根据粮面起伏不大且连续、而建筑体高度差大的特点,通过混合区域内的间断特征将粮面和非粮面进行分隔。3.针对多视点数据快速配准与快速建模的需求,将扫描场景的先验信息引入到配准与建模过程中,提出了一种基于模型的多视点数据快速配准方法。该方法通过建立场景先验模型,将各视点数据向先验模型配准,避免了视点间配准对重叠区域的硬性要求以及误差累积效应,同时也较好解决了多视点配准下的高内存、大计算量问题,实现了多视点数据的快速配准与建模。4.采样不均匀与空洞问题是涉及建模精度的关键问题之一,就此本文提出了一种基于竞争机制的数据均化方法。该方法可通过竞争机制,在重叠区域融合时选取最佳的区域描述点;对于假空洞,根据多视点数据质量以及融合后周边区域的数据质量,综合选择最佳描述;对于真空洞,利用周边处理后的高质量数据进行补充,在修复数据空洞的同时,实现了原始数据的均匀重采样。5.完成了相关软件的设计与开发,并实施了青云店和中储粮涿州直属粮库的应用示范工作,对建模质量和储粮体积估算精度进行了评估。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章绪论  10-22
  1.1 选题背景及意义  10
  1.2 研究背景  10-13
    1.2.1 三维激光扫描仪的工作原理  11-12
    1.2.2 三维激光扫描技术的应用  12-13
  1.3 三维激光扫描数据处理基础  13-17
    1.3.1 三维激光数据的存储结构  14
    1.3.2 多视点三维数据的配准技术  14-15
    1.3.3 激光扫描数据自动分割和三维特征提取  15
    1.3.4 多站点激光扫描数据的融合与补洞  15-16
    1.3.5 激光扫描数据的表面建模  16-17
  1.4 研究对象及研究任务  17-20
    1.4.1 粮仓介绍  17
    1.4.2 粮仓激光扫描数据分析  17-19
    1.4.3 本文主要研究内容  19-20
  1.5 本文论述结构  20-22
第2章点云数据的自适应重采样方法研究  22-28
  2.1 MLS 方法  22-23
  2.2 基于MLS 的自适应重采样算法  23-25
  2.3 自适应重采样实验结果与分析  25-28
    2.3.1 噪声去除实验结果与分析  25-26
    2.3.2 重采样实验结果与分析  26
    2.3.3 实际应用情况与分析  26-27
    2.3.4 实验结果综合结论  27-28
第3章点云数据的自动分割与特征提取  28-42
  3.1 相关研究工作概述  28-29
    3.1.1 三维激光扫描数据的分割方法  28-29
    3.1.2 三维特征提取  29
  3.2 基于二维栅格的点云数据自动分割  29-32
  3.3 自动分割实验结果与分析  32-37
    3.3.1 平房仓分割结果  32-34
    3.3.2 浅圆仓分割结果  34-36
    3.3.3 其他分割结果  36-37
    3.3.4 实验结果综合结论  37
  3.4 基于二维栅格的点云数据特征提取  37-40
    3.4.1 点云数据特征与提取算法  37-38
    3.4.2 特征提取实验结果与分析  38-40
    3.4.3 实验结果综合结论  40
  3.5 小结  40-42
第4章基于模型的多视点数据快速自动配准  42-64
  4.1 相关研究工作概述  42-44
    4.1.1 两视点局部配准  42-43
    4.1.2 多视点全局配准  43-44
  4.2 ICP 配准方法  44-50
    4.2.1 ICP 算法  44-46
    4.2.2 ICP 算法性能分析  46-49
    4.2.3 配准误差分析  49-50
  4.3 基于模型的快速自动配准  50-54
    4.3.1 基于模型的快速自动配准  50-52
    4.3.2 模型建立  52-53
    4.3.3 特征提取  53
    4.3.4 模型配准  53
    4.3.5 模型调整  53-54
  4.4 多视点配准实验结果与分析  54-64
    4.4.1 清华大学主楼多视点数据的配准实验  54-57
    4.4.2 粮仓外围多视点数据的配准实验  57-58
    4.4.3 平房仓内部多视点数据的配准实验  58-59
    4.4.4 浅园仓内部多视点数据的配准实验  59-61
    4.4.5 实验结果综合结论  61-64
第5章基于竞争机制的多站点数据均化处理  64-82
  5.1 相关研究工作概述  64-67
    5.1.1 融合算法  64-66
    5.1.2 补洞算法  66
    5.1.3 均匀重采样技术  66-67
  5.2 基于竞争机制的数据均化算法  67-77
    5.2.1 数据均化的概念  67-68
    5.2.2 基于竞争机制的数据均化算法  68-77
  5.3 数据均化实验结果及分析  77-82
    5.3.1 佛像表面数据均化实验  77-78
    5.3.2 粮仓外形配准数据均化实验  78-79
    5.3.3 平房仓内部粮面数据的融合实验  79-80
    5.3.4 浅圆仓内部粮面数据的融合实验  80-81
    5.3.5 实验结果综合结论  81-82
第6章软件设计与应用示范  82-92
  6.1 表面重构与体积计算算法  82-84
    6.1.1 表面重构算法  82-83
    6.1.2 体积计算算法  83-84
  6.2 软件设计与实现  84-88
    6.2.1 模块化设计原则  84-85
    6.2.2 数据处理流程  85-86
    6.2.3 用户界面设计与实现  86-88
  6.3 应用示范与储粮体积估算精度评估  88-92
    6.3.1 青云店直属粮库应用示范与结果评价  88-89
    6.3.2 中储粮涿州直属粮库应用示范与结果评价  89-92
第7章结论与展望  92-94
参考文献  94-98
致谢  98-99
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  99

粮仓储量三维激光扫描快速测量技术研究

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