2016届学生毕业设计(论文)综合(测绘工程)厉堃要点

本科毕业设计 (论文)平坦区域等密度激光点云数据获取方法试验研究Experimental Research on Obtaining Method of Equivalent Density Data of Laser Point Cloud in the Flat Area学院：测绘工程学院专业班级：测绘工程测绘121学生姓名：厉堃学号：2012122812指导教师：谢宏全(教授）2016年6月淮海工学院本科生毕业设计（论文）诚信承诺书1.本人郑重地承诺所呈交的毕业设计（论文），是在指导教师的指导下严格按照学校和学院有关规定完成的。

2.本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和参考资料均加以注释和说明。

3.本人承诺在毕业设计（论文）选题和研究过程中没有抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。

4.在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。

毕业设计（论文）作者签名：年月日平坦区域等密度激光点云数据获取方法试验研究摘要：基于三维激光扫描仪的工作原理，传统的测量方式会导致点云密度不均匀，扫描时间过长等诸多问题。

本论文将针对平坦区域采取分区扫描进行试验研究。

使用徕卡C10进行初步试验，确定合适的扫描半径及水平（竖直）间距，再以单站方式分5个环带进行整体和分区扫描对比试验，并利用Cyclone8.0软件对数据进行处理，提取点间距、点云密度、扫描时间等参数指标进行对比分析。

针对条带状区域采用多站扇形分区及标靶拼接方式获取点云数据，共测三站每站扫描两环。

针对矩形区域采用多站环形分区及全站仪模式获取点云数据，共测四站每站扫描四环，扫描结果覆盖试验场地且点云分布均匀。

研究结果表明：在平坦区域分区扫描方法可以获得等密度激光点云数据，具有扫描时间较短、文件字节数较小，提高利用效率的优势，分区扫描方法具有较好的应用前景。

关键词：平坦区域；等密度；点云数据；分区扫描；扫描半径Experimental Research on Obtaining Method of Equivalent Density Data of Laser Point Cloud in the Flat AreaAbstract: Based on the working principle of 3D laser scanner, the traditional way to measure will lead to uneven density point cloud, scanning time is too long, and many other issues. This thesis will take partition scan test research on flat areas.Conducted preliminary test with Leica C10,determine the appropriate scan radius and horizontal (vertical) spacing,then split 5 annulus to contrast overall and partition scan test with a single station mode,and contrasted data with Cyclone 8.0 software ,extract point spacing, point cloud density, scanning time and other parameters indicators were ed multi-station sector and partition target splicing to obtain point cloud data for banded area,it was measured in three stations and each station scan has two ed annular partition and multi-station total station mode to obtain point cloud data for rectangular area,it was measured in four stations and each station scan has four rings,scan results cover the test site and the point cloud distribution. The results show that: in the flat region partition scanning method can obtain density laser point cloud data, with shorter scanning time, file size in bytes for smaller, and improve the efficiency in the use of partition scanning method has good application prospect.Key word:flat area; equal density; point cloud data; sub-regional scanning; scanning radius目录1 绪论 (1)1.1 研究目的与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)2 分区扫描原理简介 (2)2.1 激光点云分布原理 (2)2.2 分区扫描原理 (3)2.3 扫描半径确定 (4)2.4 局部扫描试验 (5)3分区扫描试验研究 (8)3.1 试验方案设计 (8)3.2 数据获取流程 (9)3.3 结果统计与分析 (13)4 多站分区扫描试验研究 (14)4.1 扇形分区扫描 (15)4.2 环形分区扫描 (19)4.3 结果分析 (21)结论 (22)致谢 (23)参考文献 (24)1 绪论1.1 研究目的与意义三维激光扫描技术是近年来发展较快的新兴测绘技术，其具有数据获取速度快、扫描精度高、不接触被测物体以及能快速获取密集点云等优势，具有较好的发展前景[1-6]。

地形测量是三维激光扫描应用的一个重要方面,随着三维激光扫描仪在地形测量方面应用的日益广泛，在对平坦区域进行数据获取时，由于三维激光扫描仪的工作原理导致了点云密度严重不均匀，从而导致扫描时间过长，降低工作效率。

本文在深入分析激光点云分布原理的基础上，采取分区扫描的测量方法，为获取等密度的点云数据，对不同环带设置不同的扫描参数，选择合理的扫描半径，减少文件字节，缩短扫描时间，保证点云密度，提高对平坦区域测量的工作效率。

1.2 国内外研究现状在国外，三维激光扫描仪运用广泛，已经逐渐应用于日常测量，并且在地形测量中有着较为广阔的应用。

迪米特里温[7]通过对朗基蒂凯峡谷进行的地形测量展示了三维激光扫描仪在复杂地形中如何快速、有效的获取点云数据，并且通过多次试验进行对比，阐述了在地形测量中引起点云分布不均匀的来源以及相对应的处理方法，并对点云数据获取方法进行了进一步的深入研究与探讨。

在国内，近年来一些学者进行了相关研究，取得了一定的研究成果，主要有：欧斌[8]研究了三维激光扫描技术的点云数据获取方法，并深入剖析每种方法的优劣，并阐述各种方法的适用范围；周鹏等指出在地形测量一体化中，三维激光扫描技术具有无需接触被测地形、高效率、高精度、快速获取高密度三维点云数据的优势[9]；张文超等[10]通过分析三维激光扫描仪的现状，对比传统数据采集方式，探讨了三维激光扫描技术在地形测量中的优势；刘舜等[11]阐述了点云密度的不均匀导致所建立的模型不能准确地反映实体的形态变化，并通过研究建立曲面模型去减少点云密度不均匀所带来的影响；刘会云等[12]指出三维激光扫描仪对平缓地形扫描作业时存在点密度不均匀的缺陷，并通过实验证明了分区扫描方法具有的优势。

综上所述，国内诸多学者做了相关研究，但在平坦区域获取等密度点云数据中仍然存在许多问题，本文采用徕卡C10扫描仪通过试验确定合理的分区扫描方法，针对条带状和矩形区域分别进行扫描试验，对获取的激光点云数据进行了详细分析。

2 分区扫描原理简介2.1 激光点云分布原理在对平坦区域采取地面三维激光扫描时，点云数据的获取一般都是采用整体扫描的传统测量方式，因此会造成点云密度不均匀，导致靠近测站的点云会较为密集，而远处边缘的点云会较为稀疏，从而导致冗余数据繁多且杂乱及扫描时间过长等缺陷。

当地面三维激光扫描仪工作时，在仪器高度（H ）一定的情况下，同一条竖直扫描线内，随着扫描垂直角度(α)的增加，扫描半径（R ）逐渐增大，点云间距在逐渐增大，如图2-1所示,根据三角形几何原理可计算得扫描半径为：αcot *H R = （2-1） 假设仪器高为 1.6m ，根据公式（2-1）可计算出不同扫描半径所对应的扫描垂直角度，如表2-1所示。

表2-1 扫描半径与扫描垂直角度对照表扫描半径(ｍ)1.6 5 20 35 50 70 垂直角度（°） -45 -17.94 -4.57 -2.62 -1.83 -1.31传统的整体扫描会导致点云密度的不均匀，图2-2为激光点云数据分布原理图，从图2-2中可以看出，激光扫描点在仪器中心附近，点云间距较小，密度较大，随着距离的增加，扫描点密度逐渐减小，在边缘区域使得点云间距较大，密度较小[12]。

三维激光扫描仪在平坦区域测量中点云分布非常不均匀，越图2-1扫描半径与扫描垂直角度关系图靠近测站点云越密集，而边缘的点云密度较小，这是整体扫描测量方法存在的主要问题。

2.2 分区扫描原理本次试验针对平坦区域进行三维激光扫描获取数据，目的是为了尽可能获得等密度的点云数据。

上述指出，通常的测量方法会导致点云密度不均匀，而点云密度的不均匀会导致建立的模型不能准确地反映实体的变化，在点云较为稀疏的区域可能会漏掉某些特征信息[11]。

如果要使边缘点云间距增加到需求精度，势必要增加扫描点密度，因此会造成数据获取时间的大幅度增加，从而导致工作效率降低[11]。

针对这一问题，我们选用了分区扫描的方法进行试验研究。

分区扫描即根据扫描地点到仪器中心的距离不同，将扫描区域分成若干环形，并根据所要求的精度，对不同环带分别设置不同的扫描参数 ，然而在同一环带内，外边缘的点云密度仍然大于环带内边缘点云密度，因此每个环带所跨范围不宜过大每个环带应选取合适的边缘比例。

图2-2 点云分布规律图2.3 扫描半径确定本次研究采用徕卡C10三维激光扫描仪对平坦区域进行试验，根据分区扫描的原理，需对各环分辨率进行合理设置，即设置不同扫描半径下的水平间距和竖直间距[20]，水平间距根据需求选取。