地面三维激光扫描点云重建技术研究

许宁 钟友玲 江西理工大学建筑与测绘工程学院

地面三维激光扫描点云重建技术研究

许宁 钟友玲 江西理工大学建筑与测绘工程学院

三维激光扫描技术正处于快速发展阶段，是近年来发展起来的一项高新技术。本文主要以建模为目的，点云数据为基础，进行点云重建技术研究。简要分析了点云数据及建模过程误差来源，并且提出了一种可以减小误差的建模方法。

三维激光扫描技术 点云重建 点云误差

三维激光扫描技术又称为“实景复制技术”，它的出现是测量领域继GPS技术之后的又一项测绘新技术，并且已经成为获取空间信息数据的重要技术手段。由于点云中的每个数据都是直接从被测物体进行表面获取，无需对点云数据进行复杂的后期处理，即可保证数据的完整性、真实性和可靠性。三维激光扫描技术还具有高精度、速度快的特点。

具备上述诸多优点，该技术在文物保护、城市三维建模、地形测量、建筑物变形监测、逆向工程、竣工测量等诸多领域具有很好的潜在应用价值。

1 研究意义及研究现状

当前科技发生着日新月异的变化，三维激光扫描技术应运而生并且获得了良好的效应。三维激光扫技术有别于其他单点测量技术，他是实现海量点云数据的获取，并且可以建立三维实体模型。现已经应用在考古修复、逆向工程、滑坡泥石流等众多自然灾害预测，在当今社会扮演着越来越重要的角色。

2002年I.Stamos和P.K.Alle等创建了通过CCD摄像机获取图像，并将其融合的点云数据采集系统成功的应用到了古建筑对的三维建模。2005年，在对秦俑二号坑遗址进行发掘的同时引入了地面三维激光扫描技术，并建立了三维模型。

2 误差来源及分析

2.1 误差来源

点云数据在采集的过程中以及在点云数据后期建模处理阶段都会产生误差，误差是不可避免的。主要误差来源有：

①仪器自身误差；

②周围环境引起的误差（如：空气波动、温度、大气折光等）；

③人为误差（如：处理方法不完善，同名点选取误差过大）。

2.2 减小误差方法

地面三维激光扫描仪有其自身工作的适宜条件，所以，要在合适的外界条件下进行扫描工作。周围人员不能走动频繁，会引起空气波动带来噪声点，此类噪声点在建模过程中很难处理，不易快速建模。仪器应当定期检修，减小仪器的老化带来的误差。

数据处理阶段也是很容易引起误差的，在数据拼接过程中，由于是手动数据配准，选取同名点的时候会由于人为因素造成点选取误差过大。因此，本文提出两种软件结合使用，先利用RiSCAN Pro软件进行点云数据预处理，再进行数据拼接，拼接后会有误差显示，适当调节同名点，减小误差，然后平差。这样拼接后的点云数据进行后期建模误差较小。

3 点云重建技术过程

点云重建主要可以分为以下几个步骤：

①实地踏勘制定扫描方案。在进行扫描作业前，现场踏勘选好测站点。

②在踏勘好的测站点进行作业，采集点云数据。

③用RiSCAN Pro软件先进行简单的去噪，将四站数据进行拼接，拼接完成后平差处理，导出dat格式数据。

④数据导入geomagic studio 2013，进行精细的点云去噪、平滑、滤波等操作。

⑤数据封装，并且利用软件中的网格医生、简化多边形、填补孔等功能对破损的模型进行修补，将破损部位还原，得到逼真的立体模型。

⑥进行纹理贴图。纹理贴图需要照片和点云数据中的同名点配对，为达到预期效果，最好是用正面拍的图片。

4 结论

研究结果表明，地面三维激光扫描技术在点云重建方面有着良好的效果。相比传统测绘技术有着无法比拟的优势，具有快速、精度高、自动化程度更高等特点。但是，其误差影响因素也随之增多，适用距离也不是很大。地面三维激光扫描点云重建技术方法没有形成一套标准，所以，该技术还有待完善。

[1]史友峰,高西峰.三维激光扫描系统在地形测量中的应用[J].山西建筑,2007,33(12)：347—348

[2]Allen P K,Stamos I.3D Modeling of Historic Sites using Range and Image Data[C]. In Proceedings of IEEE Conference on Robotics and Automation, Taipei, 2003: 145～150

[3]余明,丁辰,刘长征.北京故宫修复测绘研究[J].测绘通报,2004(4):11-12

许宁（1994—），男，汉族，江西宜春人，硕士研究生，江西理工大学测绘与建筑工程学院，测绘科学与技术。