三維激光掃描技術(shù)相比于傳統(tǒng)的全站儀等單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集技術(shù),具有數(shù)據(jù)獲取速度快,精度滿足地圖構(gòu)建的優(yōu)點(diǎn),非常適合在城市街道環(huán)境進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的采集,以服務(wù)于城市地圖增量更新、城市精細(xì)化管理等方面的需求�，F(xiàn)有的城市三維地圖構(gòu)建主要是依靠機(jī)載測(cè)圖系統(tǒng)和車(chē)載移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)的聯(lián)合來(lái)完成,然而城市街道環(huán)境的高復(fù)雜性,也為車(chē)載移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理帶來(lái)了諸多不便。車(chē)載移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量會(huì)因街道環(huán)境中多方面因素的影響,近地面綠化植被的季節(jié)性變化、地面靜止性物體(行道樹(shù)、報(bào)刊亭、臨時(shí)�？康能�(chē)輛)、流動(dòng)性對(duì)象(如行人、機(jī)動(dòng)車(chē)道上行駛的車(chē)輛)、高透射性表面(如玻璃)等因素會(huì)造成數(shù)據(jù)缺失,是地圖構(gòu)建的極大障礙。另外,城市道路寬度的多變性直接導(dǎo)致了一般的移動(dòng)掃描車(chē)輛無(wú)法進(jìn)入較窄的街道進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,這也是數(shù)據(jù)缺失的一方面原因。而且,城市的快速發(fā)展需要較頻繁地對(duì)城市地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行增量更新,單純依靠移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,成本比較高。二維圖像的三維重建屬于攝影測(cè)量的范疇,以消費(fèi)機(jī)的數(shù)碼相機(jī)為數(shù)據(jù)采集設(shè)備,獲取若干張具有足夠重疊度的感興趣區(qū)域圖像,利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)獲取三維數(shù)據(jù),具有設(shè)備小巧、操作簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。論文主要做了以下幾方面的工作:(1)將學(xué)院樓前的柱狀目標(biāo)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,提出了兩種變化檢測(cè)方法-基于點(diǎn)云的整體變化檢測(cè)和基于GIS對(duì)象和圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)的變化檢測(cè),兩種方法都用到了圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)。利用消費(fèi)機(jī)數(shù)碼相機(jī)拍攝實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的圖像數(shù)據(jù),采用SFM(運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu))+MVS(多視立體幾何)的圖像三維重建技術(shù)得到圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù),該過(guò)程無(wú)需進(jìn)行相機(jī)校正預(yù)處理,實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化地輸出具有局部坐標(biāo)系的密集三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。利用獲取的特征點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)將密集點(diǎn)云變換到統(tǒng)一坐標(biāo)框架下,為變化檢測(cè)處理做準(zhǔn)備。(2)針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集技術(shù)容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)漏洞、成本高的問(wèn)題,提出基于八叉樹(shù)的點(diǎn)云整體變化檢測(cè)方法,將掃描儀獲取高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù),圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為待檢測(cè)數(shù)據(jù)。該方法對(duì)參考數(shù)據(jù)和待檢測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建八叉樹(shù)結(jié)構(gòu),對(duì)兩期點(diǎn)云數(shù)據(jù)的八叉樹(shù)結(jié)構(gòu)中的同源單元進(jìn)行相互比較,對(duì)得到的初始變化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行去噪、分割處理,最后成功檢測(cè)出真正的柱狀目標(biāo)變化,該方法雖然實(shí)時(shí)性較差,處理較繁瑣,但精度比較高,可以用于城市三維地圖的增量更新應(yīng)用中。(3)為了提高變化檢測(cè)的效率,提出了基于GIS對(duì)象及圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)變化檢測(cè)的方法,將完備的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的GIS對(duì)象作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù),圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為待檢測(cè)數(shù)據(jù),相比于第一種方法,需要處理的數(shù)據(jù)量幾乎減半。將獲取到的圖像點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照高度進(jìn)行均勻地切片,然后將每個(gè)GIS對(duì)象不同高度的切片數(shù)據(jù)進(jìn)行正射投影,然后變換到GIS對(duì)象坐標(biāo)系下,以此作為待檢測(cè)數(shù)據(jù)�；贙D-樹(shù)算法,搜索GIS對(duì)象在每個(gè)切片上的鄰域點(diǎn),從判定對(duì)象是否發(fā)生了變化�；贕IS對(duì)象的變化檢測(cè)方法將三維數(shù)據(jù)降維到二維空間,減少了計(jì)算成本,實(shí)現(xiàn)了快速高效的變化檢測(cè),但降維操作造成了信息的缺失,不能對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行特征分析,因其快速高效的特點(diǎn),比較適合城市設(shè)施管理方面的應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：P225.2
【部分圖文】：

像反生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，本章將對(duì)后兩種獲取方式進(jìn)行介紹。2.1 參考點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取2.1 1 數(shù)據(jù)采集三維激光掃描儀雖然比全站儀等設(shè)備的數(shù)據(jù)獲取速度快，但兩者的測(cè)距原理大致相同，內(nèi)部配置有測(cè)距和測(cè)角的元件以及其它的輔助元件�；诩す鉁y(cè)距的原理來(lái)獲取掃描對(duì)象表面上離散點(diǎn)離掃描儀中心的距離，以及掃描儀中心和掃描對(duì)象之間的水平角和垂直角，然后進(jìn)行三角測(cè)量，獲取表面點(diǎn)在局部坐標(biāo)系中的空間位置。掃描儀與搭載平臺(tái)上的軟硬件設(shè)備共同組成了三維激光掃描系統(tǒng)，根據(jù)所選參數(shù)的不同，可以獲取到不同密度的高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)。作為三維激光掃描儀的關(guān)鍵技術(shù)，激光測(cè)距技術(shù)根據(jù)原理的不同，分為脈沖式法、相位式法、激光三角法、脈沖-相位式法四種。目前，在測(cè)繪行業(yè)常使用脈沖式法的三維激光掃描儀，掃描距離比較遠(yuǎn)，相位式法和激光三角法適用于近距離的三維激光掃描儀。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的差異，將不同規(guī)格的掃描儀搭載到不同平臺(tái)上，大致可以分為地面靜止式掃描儀、地面移動(dòng)式掃描儀、車(chē)載式掃描系統(tǒng)和機(jī)載式掃描系統(tǒng)四種，以下為示意圖。

圖 2-2 地面移動(dòng)式掃描儀Figure 2-2 Ground Mobile Scanner圖 2-3 車(chē)載式掃描系統(tǒng)Figure 2-3 Vehicle Scanning System

8圖 2-3 車(chē)載式掃描系統(tǒng)Figure 2-3 Vehicle Scanning System圖 2-4 機(jī)載式掃描系統(tǒng)Figure 2-4 Airborne Scanning System本文的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地為測(cè)繪學(xué)院樓南側(cè)停車(chē)場(chǎng)，其周?chē)欣洹⒙窡魲U、行道樹(shù)綠化灌木和汽車(chē)等目標(biāo)，信息比較豐富，測(cè)繪學(xué)院樓也比較符合真實(shí)的街景建筑，該區(qū)

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本文編號(hào)：2815040