三维激光扫描技术在建筑物三维建模可视化中的应用new

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1、44测绘通报2012年第9期文章编号:0494-0911(2012)09-0044-04中图分类号:P234．5文献标识码:B三维激光扫描技术在建筑物三维建模可视化中的应用12，31王田磊，袁进军，王建锋(1．郑州方宇测绘工程有限公司，河南郑州450052;2．清华大学公共安全研究院，北京100084;3．河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室，河南焦作454003)TheApplicationofTLSTechnologyinthe3DVisualizationModelingWANGTian

2、lei，YUANJinjun，WANGJianfeng摘要:详细介绍利用三维激光扫描数据去噪、压缩、配准中采用的方法和应注意的问题，对点云数据分割、建筑物轮廓线提取等关键技术进行探讨和分析，提出一套完整的建筑物三维建模可视化方法。关键词:三维激光扫描;三维建模;可视化成的噪声点及每一测站数据的局部坐标系等问题，一、前言需要针对不同建模对象选择合适的数据去噪、数据三维激光扫描技术作为一种高速度、高精度获压缩、配准方法进行处理才能应用到后续的模型重取被测物体表面的三维坐标的新技术，近年来有着建和显示的工作上。长足的发

3、展和广泛的应用。三维激光扫描技术的出现克服了传统单点测量的局限性，是对立体物体进行无接触扫描，同时将立体世界的信息转换为计算机可以处理的数据的全新测量方法。本文采用RigelVZ400三维激光扫描成像系统，分辨率设定为2cm，测距在200m范围内，获取了近6000万的点云数据。本文根据获取的建筑物点云数据，探讨了点云处理和建模实现的关键技术，并提出了一套行之有效的建筑物三维模型快速重建方法。二、技术路线本文主要研究竖面垂直、平面水平的规则建筑图1基于三维激光扫描建筑物可视化技术流程物。采用的方案是:首先对获取的点

4、云数据进行地物分离，提取建筑物数据;其次进行建筑物点云数1．数据去噪据的预处理，包括数据去噪、数据压缩、数据配准;［1］点云数据中的噪声一般由两方面原因引起:然后进行建筑物三维模型重建，包括数据分割，轮一是外界环境因素干扰，如扫描仪工作时人员走廓线提取，三维线框模型构建;最后对建筑物的三动、车辆、树木等障碍物造成的遮挡，或一些明显的维模型进行渲染，进行建筑物三维可视化的实现。远离点云中心区的散乱数据点;二是在扫描过程技术流程如图1所示。中，由杂散光、背景光或者CCD内部产生的热噪声、三、数据预处理电噪声、图像采集

5、卡本身和信号在电子电路传输过程中带来的随机噪声。对第1种原因产生的明显异通过三维激光扫描仪在实地采集到的原始点常点和散乱点的处理方法是通过肉眼判别直接删云数据，由于数据量大，且其中分布随机或人为造收稿日期:2011-08-19基金项目:河南理工大学矿山空间信息技术国家测绘地理信息局重点实验室开放基金作者简介:王田磊(1976—)，男，山东东营人，工程师，主要从事工程测量、地理信息开发与应用方面的工作。2012年第9期王田磊，等:三维激光扫描技术在建筑物三维建模可视化中的应用45除。第2种情况引起的噪声，由于和正确

6、的点云混标系为基准，下一站依次向前一站数据转化。第1在一起，因此需要通过中值滤波、均值滤波、高斯滤种方法的优点是不存在多站转换的误差传递，减少波等方法进行平滑处理。而在这3种方法中，高斯了操作步骤;缺点是每个测站的转换是独立的，存滤波的平均效果较小，能够较好地保持特征点，因在人为因素而形成的微小误差且不易分辨。第2种此优先用于建筑物数据去噪。方法的优点是因控制点经过建网平差，精度很高，2．数据压缩可以用最后一站的控制点对转换后的对应点进行利用三维激光扫描技术进行空间数据的获取，校核;缺点是当测站比较多时，误差累计

7、较大，往往具有速度快、精度高、覆盖广的特点，但同时获取的会超过精度要求。因此，在实际应用中应根据具体数据集也成倍的增加，造成运算效率低下。因此有情况灵活运用配准方法，当测站较少时可以采用必要采取一些方法，在保证失真较小的情形下，尽第1种方法进行配准;当测站较多时，采用第2种方可能地保留原始点云的特征，最大限度地压缩点云法分部分进行配准。数据。目前常用的方法主要为最小距离法、角度偏［2］四、三维模型重建差法、距离-角度联合法与弦值法。弦值法的原理如图2所示，即先连接一扫描数国内外学者对三维建模进行了深入的研究，李据

8、点的首尾两端点p1、p2，并以此为基线，比较该序卉总结了国内外道路三维模型和道路三维建模的［3］列其他数据点距离此直线的距离，找到最大距离的研究成果，获得了道路三维模型。建筑物点云数数据点pi，将其记录下来;然后再连接p1、pi及pi、据的模型重建中，国内外学者均进行了深入的研p2，并以它们为基线寻找它们之间的弦值最大的点，究。这些研究多数从两个方面进行建筑物边界的找到后