本文關(guān)鍵詞：基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的管網(wǎng)自動(dòng)建模研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：管道是城市建設(shè)中重要的基礎(chǔ)設(shè)施,它承擔(dān)著物質(zhì)傳送以及廢物排泄的功能,是保證人民正常生活的經(jīng)脈。管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)與完善為城市的規(guī)劃、建設(shè)、管理提供有力的決策支持。傳統(tǒng)的二維管網(wǎng)空間表現(xiàn)力差、空間查詢分析能力缺乏,無法有效表達(dá)復(fù)雜管網(wǎng)模型,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代城市中工廠管理及城市的規(guī)劃建設(shè)需要。因此,管道的三維真實(shí)模型重建是一種迫切需求。相比于傳統(tǒng)點(diǎn)測量獲取管道數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建,基于三維激光掃描手段能夠全天候、高精度的獲取管道數(shù)據(jù)。三維激光技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù),已經(jīng)成為一種獲取真實(shí)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)不可或缺的手段。激光雷達(dá)掃描系統(tǒng)能夠在短時(shí)間獲取高精度海量點(diǎn)云,數(shù)據(jù)量從幾個(gè)G到幾百G,甚至達(dá)到TB級(jí)大小。因此如何快速高精度的處理掃描的點(diǎn)數(shù)據(jù)成為激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的關(guān)鍵。然而點(diǎn)云數(shù)據(jù)的無序性增加了處理難點(diǎn),本文以現(xiàn)代化工廠及城市建設(shè)應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn),以掃描管道點(diǎn)云數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,進(jìn)行三維管網(wǎng)模型重建研究。目前,管網(wǎng)建模技術(shù)主要是基于手工或標(biāo)準(zhǔn)連接件的半手工建模,而三維管網(wǎng)的全自動(dòng)建模存在建模過程復(fù)雜、效率低、模型質(zhì)量差等不足,針對(duì)以上問題,本文提出了一種直接基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維管網(wǎng)自動(dòng)重建的一套流程。主要通過分割復(fù)雜管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管道參數(shù)估計(jì),然后將建模后的單個(gè)管道進(jìn)行綜合管道拓?fù)渲亟�。本文算法過程主要分為四個(gè)步驟:管道點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割、單個(gè)管道參數(shù)化、管道間拓?fù)浞治觥⒐芫W(wǎng)參數(shù)模型的重建。首先,根據(jù)管道表面點(diǎn)特征相似的特點(diǎn),本文提出了基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)局部特征約束進(jìn)行空間歐式聚類分割單個(gè)管道點(diǎn)云數(shù)據(jù),去除非管道數(shù)據(jù)。將復(fù)雜管網(wǎng)模型建模簡化為單個(gè)管道建模,有效的降低了建模的復(fù)雜度。單個(gè)管道參數(shù)化過程分為管道中心線特征點(diǎn)提取、管道參數(shù)擬合及突變檢測。本文采用L1-中心骨架提取算法提取管道骨架線作為中心線特征點(diǎn),沿著中心線方向做切片擬合管道數(shù)據(jù),最后對(duì)于有突變的管道根據(jù)幾何投影法進(jìn)行突變檢測。在提取單個(gè)管道參數(shù)后,需要進(jìn)行必要的管道拓?fù)浞治?主要包括同一管道檢測和交叉管道檢測。管網(wǎng)參數(shù)模型重建過程中,本文提出了一種基于管道路徑掃略、形體放樣及布爾運(yùn)算的復(fù)雜三維管道模型自動(dòng)生成算法。根據(jù)截面形狀參數(shù)曲線,運(yùn)用圖形變換,沿路徑確定內(nèi)插截面法線實(shí)現(xiàn)管道路徑掃略三維模型構(gòu)建;形體放樣則是以放樣截面間以各自頂點(diǎn)組成三角形為基元的小平面,來構(gòu)造管道表面,采用逼近方式擬合三維管道的整體形狀;布爾運(yùn)算的聯(lián)合、交、差幾何計(jì)算實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)交叉貫通復(fù)雜模型的三維建模。本文的算法和技術(shù)構(gòu)成了一個(gè)可自動(dòng)利用管道系統(tǒng)的大量激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù),生成三維管網(wǎng)模型的完整處理流程。通過實(shí)例驗(yàn)證,表明了該方法具有一定的魯棒性,能夠準(zhǔn)確、高效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管網(wǎng)三維模型的構(gòu)建。
【關(guān)鍵詞】：三維管網(wǎng) 點(diǎn)云 模型重建
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU990.3;P237
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究內(nèi)容及技術(shù)路線12-13
• 1.4 論文的組織和安排13-15
• 第2章 三維管網(wǎng)模型建模技術(shù)15-21
• 2.1 三維管網(wǎng)建模技術(shù)概述15-16
• 2.2 管道數(shù)據(jù)采集方式16-17
• 2.3 常用的三維管網(wǎng)建模技術(shù)17-20
• 2.3.1 基于傳統(tǒng)測量手段三維管網(wǎng)建模技術(shù)17-18
• 2.3.2 基于現(xiàn)代激光雷達(dá)測量手段的三維管網(wǎng)建模技術(shù)18-19
• 2.3.3 常用的點(diǎn)云管網(wǎng)建模軟件19-20
• 2.4 本章小結(jié)20-21
• 第3章 點(diǎn)云管道參數(shù)提取21-32
• 3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理21-26
• 3.1.1 管網(wǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)濾波去噪21-23
• 3.1.2 管道點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分割23-26
• 3.2 管道參數(shù)提取26-31
• 3.2.1 管道數(shù)據(jù)骨架線提取26-28
• 3.2.2 管道切片擬合半徑與圓心28-30
• 3.2.3 突變檢測30-31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第4章 管網(wǎng)全自動(dòng)建模方法32-42
• 4.1 管網(wǎng)建模算法32-34
• 4.1.1 形體沿路徑掃略算法32-33
• 4.1.2 形體放樣算法33
• 4.1.3 布爾運(yùn)算33-34
• 4.2 同一管道檢測34
• 4.3 交叉管道檢測34-35
• 4.4 管網(wǎng)模型重建35-40
• 4.4.1 直線管道建模35-36
• 4.4.2 彎曲管道建模36-38
• 4.4.3 交叉管道建模38-40
• 4.5 本章小結(jié)40-42
• 第5章 管網(wǎng)建模實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42-51
• 5.1 總體設(shè)計(jì)42
• 5.2 管網(wǎng)自動(dòng)建模流程42-47
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)來源42-43
• 5.2.2 管道點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割43-44
• 5.2.3 單個(gè)管道參數(shù)化44-46
• 5.2.4 管網(wǎng)模型自動(dòng)重建46-47
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)47-50
• 5.4 本章小結(jié)50-51
• 第6章 結(jié)論與展望51-53
• 6.1 結(jié)論51
• 6.2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-58
• 附錄58-59
• 致謝59

【相似文獻(xiàn)】

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