1、灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心地面三维激光扫描技术及应用开发研究地面三维激光扫描技术及应用开发研究花向红花向红 教授教授武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统五、后续研究工作五、后续研究工作内内 容容 灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三
2、维激光扫描技术二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统五、后续研究工作五、后续研究工作灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-194一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术地面三维激光扫描技术地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology3D Laser Scanning Technology)三维激光扫描技术三维激光扫描技术是国际上近期发展的一项高新技术。随
3、是国际上近期发展的一项高新技术。随着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用着三维激光扫描仪在工程领域的广泛应用,这种技术已经引起这种技术已经引起了广大科研人员的关注。了广大科研人员的关注。通过激光测距原理（包括通过激光测距原理（包括脉冲激光和相位激光脉冲激光和相位激光），瞬时测），瞬时测得得空间三维坐标值空间三维坐标值的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的测量仪器，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据的空间点云数据,可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可快速建立结构复杂、不规则的场景的三维可视化模型可视化模型,既省时又省力既省时又省力,这种能力是现行的三维建模软件这种能力是现行的三维建模软件所
4、不可比拟的。所不可比拟的。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-195一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术地面三维激光扫描技术地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology3D Laser Scanning Technology)是利用激光进行是利用激光进行高速、实时、自动获取高速、实时、自动获取给定区域给定区域目标表面目标表面三维坐标的测量技术。三维坐标的测量技术。是一种大面积高密度的非接触式是一种大面积高密度的非接触式主动测量主动测量技术。技术。激光测量单元进行激光测量单元进行从左到右从左到右，从上到下从上到下的全自动步进扫描
5、的全自动步进扫描测量，在测量，在激光测量斜距激光测量斜距的同时，记录激光光束的的同时，记录激光光束的水平角和水平角和垂直角垂直角，从而解算目标相对于仪器中心的，从而解算目标相对于仪器中心的三维坐标三维坐标，并可，并可同时记录同时记录反射信号强度值反射信号强度值。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心地面三维激光扫描技术地面三维激光扫描技术(3D Laser Scanning Technology)(3D Laser Scanning Technology)快速扫描快速扫描在常规测量手段里，每一点的测量费时都在在常规测量手段里，每一点的测量费时都在2-52-5秒不等秒不等三维三维激光扫描仪
6、的诞生改变了这一现状，最初每秒激光扫描仪的诞生改变了这一现状，最初每秒10001000点的测量速点的测量速度已经让测量界大为惊叹度已经让测量界大为惊叹.现在脉冲扫描仪（现在脉冲扫描仪（scanstation2scanstation2）最大速度已经）最大速度已经达到达到5000050000点每秒点每秒，相位式扫描仪，相位式扫描仪SurphaserSurphaser三维激光扫描仪最高速度已经三维激光扫描仪最高速度已经达到达到120120万点每秒万点每秒，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本，这是三维激光扫描仪对物体详细描述的基本保证，古文体，工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量保证，古文体，
7、工厂管道，隧道，地形等复杂的领域无法测量已经成为过去式。已经成为过去式。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术1 1 地面三维激光扫描系统组成地面三维激光扫描系统组成 l 扫描单元扫描单元l 控制单元控制单元l 电源电源l 三脚架和标靶三脚架和标靶平面平面靶标（靶标（Flat Target）球形球形靶标（靶标（Sphere Target）灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心手持大型三维激光扫描仪手持大型三维激光扫描仪 徕卡徕卡C10C10三维扫描仪三维扫描仪 三维激光扫描仪三维激光扫描仪 VZ-400VZ-400 按用途分类：按用途
8、分类：可分为为可分为为室内型和室外型室内型和室外型。也就是。也就是长距离和短距离长距离和短距离的不同。的不同。按生产厂家不同：按生产厂家不同：Surphaser（美国），（美国），I-site(澳澳大利亚大利亚maptek)，riegl，徕卡，天宝，徕卡，天宝，optect，拓，拓普康，普康，faro等产家。等产家。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心 传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都传统测量概念里，所测的的数据最终输出的都是是二维结果（如二维结果（如CAD出图），出图），在现在测量仪器里在现在测量仪器里全站仪，全站仪，GPS比重居多
9、，但测量的数据都是二维比重居多，但测量的数据都是二维形式的，形式的，在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的在逐步数字化的今天，三维已经逐渐的代替二维，现在的三维激光扫描仪每次测量的数代替二维，现在的三维激光扫描仪每次测量的数据不仅仅包含据不仅仅包含X,Y,Z点的信息点的信息，还包括，还包括R,G,B颜色颜色信息信息，同时还有物体，同时还有物体反色率的信息反色率的信息，这样全面的，这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉，是一般测量手段无法做到的。是一般测量手段无法做到的。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面
10、三维激光扫描技术2 2 地面三维激光扫描仪扫描定位原理地面三维激光扫描仪扫描定位原理 sinsincoscoscosLZLYLX 在仪器内在仪器内,通过两个同步反射镜快速而有序地旋转通过两个同步反射镜快速而有序地旋转,将激光脉冲发射体将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域,测量每个激光脉冲从发出经被测物测量每个激光脉冲从发出经被测物表面再返回仪器所经过的表面再返回仪器所经过的时间差时间差(或者相位差或者相位差)来计算距离来计算距离,同时扫描控制同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲模块控制和测量每个脉冲激光的角度激光的角度,最后计算出激光点在被测最后计
11、算出激光点在被测物体上的三物体上的三维坐标维坐标。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1913一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术3 3 地面三维激光扫描仪扫描特点地面三维激光扫描仪扫描特点l 实时、动态、主动性实时、动态、主动性 三维激光扫描系统为主动式扫描系统，通过探测自身发射的激光脉冲回射三维激光扫描系统为主动式扫描系统，通过探测自身发射的激光脉冲回射信号来描述目标信息，使得系统扫描测量不受时间和空间的约束。信号来描述目标信息，使得系统扫描测量不受时间和空间的约束。l 高密度、高度灵活性、高稳定性高密度、高度灵
12、活性、高稳定性 激光扫描能够以激光扫描能够以高密度、高精度高密度、高精度的方式获取的方式获取目标表面特征目标表面特征。通过扫描可。通过扫描可以获得点云数据（以获得点云数据（海量数据海量数据）。可自由控制采集密度，适应不同的目的。观）。可自由控制采集密度，适应不同的目的。观测过程中无人工干预，由扫描仪内部电子设备自动控制，减少了人工干预的测过程中无人工干预，由扫描仪内部电子设备自动控制，减少了人工干预的不确定不确定 。l 无需和被测物体接触无需和被测物体接触 ，适应性好，适应性好 三维扫描系统是一种主动式的测量系统，三维扫描系统是一种主动式的测量系统，无需合作目标无需合作目标，可以深入到复杂，可
13、以深入到复杂的现场环境中进行扫描，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据完的现场环境中进行扫描，将各种大型的、复杂的、不规则的实景三维数据完整地采集到电脑中。其数据采集无论是白天，黑夜，还是恶劣条件天气均可整地采集到电脑中。其数据采集无论是白天，黑夜，还是恶劣条件天气均可以测量。以测量。l 可扩展性可扩展性 三维激光扫描系统三维激光扫描系统可以和可以和GPSGPS等集合等集合起来实现更强、更多的应用。起来实现更强、更多的应用。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术4 4 地面三维激光扫描仪分类地面三维激光扫描仪分类l 按扫描距离分按扫描
14、距离分微距小于微距小于1 1米米近距离近距离1 1米米100100米米中距离中距离100100米米500500米米远距离大于远距离大于500500米目前，最长米目前，最长25002500米米l 按平台分按平台分星载星载IceSat Cloud and land Elevation Satellite IceSat Cloud and land Elevation Satellite 机载机载Riegl LMS Q560Riegl LMS Q560地面地面Trimble Mensi GS200Trimble Mensi GS200灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技
15、术一、地面三维激光扫描技术5 5 地面三维激光扫描仪作业流程地面三维激光扫描仪作业流程灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术5 5 地面三维激光扫描仪作业流程地面三维激光扫描仪作业流程灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1917一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术点云获取点云获取灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术点云精简点云精简(点
16、云压缩点云压缩)三维激光扫描仪得到的点云数据是三维激光扫描仪得到的点云数据是海量数据海量数据，由于数据，由于数据量大得惊人，给数据处理和存储带来了很大困难。要高效率量大得惊人，给数据处理和存储带来了很大困难。要高效率地使用点云数据，必须采取地使用点云数据，必须采取科学方法加以压缩科学方法加以压缩。显然，压缩。显然，压缩比越高，压缩后的数据就越少。可是压缩与保真是一对矛盾比越高，压缩后的数据就越少。可是压缩与保真是一对矛盾，压缩比越高，数据损失越多，保真度就越差。如何解决这，压缩比越高，数据损失越多，保真度就越差。如何解决这对矛盾，同时获得对矛盾，同时获得高压缩比和高保真度高压缩比和高保真度无疑
17、是本项目的关键无疑是本项目的关键技术之一。技术之一。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术点云配准点云配准 由于物体的遮挡、扫描仪的限制等原因由于物体的遮挡、扫描仪的限制等原因,要完成对一个物体的完整三维要完成对一个物体的完整三维数据获取数据获取,地面三维激光扫描仪需要地面三维激光扫描仪需要多测站多角度进行扫描多测站多角度进行扫描。但在不同测站。但在不同测站进行扫描的坐标系不同进行扫描的坐标系不同,因此需要通过因此需要通过点云配准将多站扫描数据拼接到同一点云配准将多站扫描数据拼接到
18、同一坐标系下坐标系下,以获得物体表面的完整的形状信息以获得物体表面的完整的形状信息。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1920一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术点云滤波点云滤波点云滤波是利用滤波器/滤波算法滤去不感兴趣数据的处理过程。6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1921一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术点云修复点云修复点云的缺陷区域点云的缺陷区域数据去噪产生的空洞数据去噪产生的空洞6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术灾害监测与防治
19、研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术点云分割点云分割 点云分割是点云数据的标记过程，经过标记后，属性相同或相近、且空间近邻点云分割是点云数据的标记过程，经过标记后，属性相同或相近、且空间近邻的点被划分为一类。的点被划分为一类。6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术三维建模三维建模6 6 地面三维激光扫描仪关键技术地面三维激光扫描仪关键技术灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术二、地面三维
20、激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统五、后续研究工作五、后续研究工作灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1925二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用1 1 历史建筑历史建筑构网TIN贴纹理灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1926二、地面三维激光扫描技术在文物建筑中的应用二、地面三维激光扫描技术在文物建筑中的应用1 1 历史建筑历史建筑灾害监测与防治研究中
21、心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术在文物建筑中的应用二、地面三维激光扫描技术在文物建筑中的应用2 2 现代建筑现代建筑灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用3 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用传统测量方法传统测量方法3 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用PT1PT1PT2PT2PT3PT3PT4PT4PT5PT5PT6PT6PT7PT7
22、PT8PT8PT9PT9PT10PT10传统测量方法传统测量方法3 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用传统测量传统测量PT1PT1PT2PT2PT3PT3PT4PT4PT5PT5PT6PT6PT7PT7PT8PT8PT9PT9PT10PT103 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-19二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用输出到输出到 CAD CAD 软件软件数据获取数据获取数据编辑数据编辑(2D or 3D)(2D or 3D)3 3 文物
23、雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1933二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用3 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1934二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用3 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1935二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用3 3 文物雕像文物雕像灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算城市规划城
24、市规划4 地形变化灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用等高线生成等高线生成精密体积量算精密体积量算形变分析形变分析城市规划城市规划5 冰川监测 地形复杂，落差大在珠穆朗玛峰进行冰在珠穆朗玛峰进行冰河监测试验。河监测试验。项目内容：项目内容：采用激光扫描技术在采用激光扫描技术在珠穆朗玛峰进行冰河珠穆朗玛峰进行冰河监测试验的研究。监测试验的研究。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用等高线生成等高线生成精密体积量算精密体积量算形变分析形变分析城市规划城市规划6 滑坡
25、监测通过比较扫描区域的两次扫描结果得出结论通过比较扫描区域的两次扫描结果得出结论灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用等高线生成等高线生成精密体积量算精密体积量算形变分析形变分析城市规划城市规划7 大坝监测胡佛水坝胡佛水坝对目标距离进行米级精确测量对目标距离进行米级精确测量 灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算8 地质测绘 利用亮度回返信息和RGB颜色信息可以对地质结构进行详细的分析灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维
26、激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算 9 体积测量体积测量爆破前爆破前 爆破中爆破中爆破后爆破后量测方法量测方法:在爆破前扫描完整的矿在爆破前扫描完整的矿体情况体情况 爆破并移走爆破物爆破并移走爆破物 在次扫描矿体在次扫描矿体 比较爆破前和爆破后扫比较爆破前和爆破后扫描的数据以精确计算出描的数据以精确计算出爆破前后体积变化情况爆破前后体积变化情况灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算 10 隧道测量隧道测量灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描
27、技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算11 11 虚拟化工厂虚拟化工厂灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算12 室内改造工程灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算 13 13 桥桥上海河南路桥点云图上海河南路桥点云图上海河南路桥三维模型上海河南路桥三维模型灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1946二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量
28、算精密体积量算 14 14 虚拟雷村变电站虚拟雷村变电站灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1947二二、地面三维激光扫描技术的应用地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算15 15 废料堆地形扫描废料堆地形扫描等高线等高线数字高程模型数字高程模型灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用精密体积量算精密体积量算16 16 现场保存现场保存NASANASA扫描哥伦比亚号航天飞机碎片扫描哥伦比亚号航天飞机碎片灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技
29、术的应用精密体积量算精密体积量算 17 17 现场保存现场保存灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技术二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统五、后续研究工作五、后续研究工作灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发1 1 项目开发的背景项目开发的背景 伴随着三维激光扫描仪的大量引
30、进，应用领域越来越多，伴随着三维激光扫描仪的大量引进，应用领域越来越多，三维激光扫描点云数据处理软件的需求也随之越来越大。三维激光扫描点云数据处理软件的需求也随之越来越大。u购买相应的随机商用软件费用高购买相应的随机商用软件费用高u软件功能也不能完全满足不同行业的要求软件功能也不能完全满足不同行业的要求 开发适合我国国情的具有自主知识产权的基于三维激光开发适合我国国情的具有自主知识产权的基于三维激光扫描技术的复制重建系统软件非常必要。扫描技术的复制重建系统软件非常必要。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1952三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫
31、描技术的复制重建系统开发2 2 项目开发的技术路线项目开发的技术路线基本思路基本思路 首先，广泛搜集国内外在此领域的研究现状和研究成果。在认真研究分析现有成首先，广泛搜集国内外在此领域的研究现状和研究成果。在认真研究分析现有成果的基础上，找准突破口果的基础上，找准突破口 然后，集中精力在关键技术问题上集中突破，非关键技术上节约资源。然后，集中精力在关键技术问题上集中突破，非关键技术上节约资源。开发平台选择开发平台选择 在在武汉大学多年来自主研发的图形和图像处理基础类库的基础武汉大学多年来自主研发的图形和图像处理基础类库的基础之上，开发三维重之上，开发三维重建软件系统，兼顾开放体系结构和通用性，
32、同时具备高效、易用、价廉的原则建软件系统，兼顾开放体系结构和通用性，同时具备高效、易用、价廉的原则 。开发环境采用开发环境采用OpenGLOpenGL作为三维图形渲染引擎，并对其进行面向对象的封装，将作为三维图形渲染引擎，并对其进行面向对象的封装，将c c风风格的格的APIAPI封装为封装为C+C+风格面向对象的形式风格面向对象的形式 ，系统，系统采用模块化开发架构采用模块化开发架构，界面采用界面采用BCGBCG开开发库发库 ；编译器采用微软公司；编译器采用微软公司Visual Studio 2005Visual Studio 2005即即VC 8.0VC 8.0灾害监测与防治研究中心灾害监测
33、与防治研究中心三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 软件设计方法软件设计方法 采用采用MFCMFC扩展扩展DLLDLL方法，方法，将一个将一个MDIMDI应用程序的各个部分拆分到不同的模块，应用程序的各个部分拆分到不同的模块，分别开发，然后在集成组装起来。分别开发，然后在集成组装起来。在在MDIMDI主应用程序中主应用程序中实现动态集成实现动态集成，并调度各个模块之间的通讯。，并调度各个模块之间的通讯。扩展扩展DLLDLL方法可以实现多个方法可以实现多个MFCMFC程序之间的无缝通讯，包括数据访问，消程序之间的无缝通讯，包括数据访问，消息发送，消
34、息机制等。息发送，消息机制等。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心2022-7-1954三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发3 3 现场工作情况现场工作情况灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 4 数据处理数据处理 对金刚塔、大理国经幢和唐继尧墓三个景点的点云数据进行处理，并将三对金刚塔、大理国经幢和唐继尧墓三个景点的点云数据进行处理，并将三景点的点云数据和处理后的数据导入数据库景点的点云数据和处理后的数据导入数据库CloudProcessClou
35、dProcess（3DLaserSRS1.03DLaserSRS1.0）软件建模后的效果软件建模后的效果 灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心5 5 自主开发的软件自主开发的软件三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发计算机软件著作权计算机软件著作权按照云南省科技计划项目任务书按照云南省科技计划项目任务书基于三维激光扫描技术的复原基于三维激光扫描技术的复原重建系统开发重建系统开发要求，对系统进要求，对系统进行检测，检测合格。行检测，检测合格。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心5 5 自主开发的软件自主开发的软件三、基于三维激光扫描技
36、术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发 系统整个数据处理过程包括：系统整个数据处理过程包括：数据采集、数据预处理、几何模型重建和模数据采集、数据预处理、几何模型重建和模型可视化型可视化等。等。灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心软件主要功能软件主要功能l 点云数据导入点云数据导入 三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 点云数据预处理点云数据预处理 具有对点云数据进行配准，对点云数据进行具有对点云数据进行配准，对点云数据进行去噪、修复、滤波去噪、修复、滤波和精简和精简等。
37、等。软件主要功能软件主要功能三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 数据库管理数据库管理 实现三维点云数据、影像数据和模型数据的集中管理。数据库管理具有增加实现三维点云数据、影像数据和模型数据的集中管理。数据库管理具有增加记录、修改记录、删除记录、查询记录和导出记录等功能，为文物的发布与应用记录、修改记录、删除记录、查询记录和导出记录等功能，为文物的发布与应用、复原与重建工作提供可视化依据、复原与重建工作提供可视化依据l 网上发布网上发布 扫描的点云可以发布在互联网上，可以网上浏览等功能。扫描的点云可以
38、发布在互联网上，可以网上浏览等功能。软件主要功能软件主要功能三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 点云数据建模点云数据建模 根据点云数据生成三角网、增加删除三角网，以及生成正射影像图等功能。根据点云数据生成三角网、增加删除三角网，以及生成正射影像图等功能。l 三维可视化三维可视化 具有平移、缩放、旋转、全屏、不同视角显示点云图形的功能，也具有具有平移、缩放、旋转、全屏、不同视角显示点云图形的功能，也具有对点云数据进行晕渲显示等功能。对点云数据进行晕渲显示等功能。l 灾害评估灾害评估 具有测算灾前目标物
39、的面积、测算灾后目标物的面积、生成报表、计算具有测算灾前目标物的面积、测算灾后目标物的面积、生成报表、计算灾后损失等功能。灾后损失等功能。软件主要功能软件主要功能三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心6 6 项目关键技术项目关键技术l 点云精简点云精简(点云压缩点云压缩)三维激光扫描仪得到的点云数据是三维激光扫描仪得到的点云数据是海量数据海量数据，给数据处理和存储带来了很，给数据处理和存储带来了很大困难。大困难。要高效率地使用点云数据，必须采取科学方法加以压缩。要高效率地使用点云数据，必须采取科学方法加以
40、压缩。可压缩比与保真是一对矛盾，压缩比越高，数据损失越多，保真度就越差。可压缩比与保真是一对矛盾，压缩比越高，数据损失越多，保真度就越差。如何解决这对矛盾，同时获得高压缩比和高保真度无疑是本项目的关键技术如何解决这对矛盾，同时获得高压缩比和高保真度无疑是本项目的关键技术之一。之一。采用了一种基于扫描曲线上各散乱点的曲率大小进行压缩的算法，以曲采用了一种基于扫描曲线上各散乱点的曲率大小进行压缩的算法，以曲线上各个点的曲率大小为标准对扫描数据进行精简压缩。线上各个点的曲率大小为标准对扫描数据进行精简压缩。三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与
41、防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 海量点云数据的输入和浏览海量点云数据的输入和浏览 当超过当超过4040万坐标点的点云数据导入万坐标点的点云数据导入AutoCADAutoCAD数据库时，对其进行浏览和编辑数据库时，对其进行浏览和编辑操作，操作，AutoCADAutoCAD响应相当缓慢，效率十分低下，当对响应相当缓慢，效率十分低下，当对100100万点进行编辑时，程序几万点进行编辑时，程序几乎没有响应。乎没有响应。项目组采取了项目组采取了动态调度和多细节层次（动态调度和多细节层次（LODLOD）的技术）的技术，实现海量点云数据的，实现海量点云数据的输入和浏览。输入和浏览。l 点云数据的修复点
42、云数据的修复 对于细节较少或位于规则几何体表面上的缺失数据，采用对于细节较少或位于规则几何体表面上的缺失数据，采用曲面拟合、多项式曲面拟合、多项式插值方法；对于复杂曲面上缺失数据利用插值方法；对于复杂曲面上缺失数据利用立体影像匹配技术立体影像匹配技术生成摄影测量点云，生成摄影测量点云，并将其与物体点云精确配准，实现空洞修补；另外还并将其与物体点云精确配准，实现空洞修补；另外还提出了采用径向基函数提出了采用径向基函数(RBF)(RBF)神经网络神经网络对残缺数据进行修复的算法和对残缺数据进行修复的算法和用支持向量机回归模型修复用支持向量机回归模型修复残缺散乱点云残缺散乱点云的技术方法。的技术方法
43、。三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 点云配准点云配准基于物方控制的基于物方控制的配准配准根据标靶的绝对坐标将不根据标靶的绝对坐标将不同测站扫描的点云数据配同测站扫描的点云数据配准到统一的坐标系中准到统一的坐标系中基于目标的配准基于目标的配准根据目标将不同测站扫描根据目标将不同测站扫描的点云数据配准到统一的的点云数据配准到统一的坐标系中坐标系中基于点云的配准基于点云的配准根据点云本身将不同测站根据点云本身将不同测站扫描的点云数据配准到统扫描的点云数据配准到统一的坐标系中一的坐标系中项目组采用了改进的
44、项目组采用了改进的ICPICP算法和给予几何特征的配准算法算法和给予几何特征的配准算法 三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 点云滤波点云滤波 滤波是提高点云强度质量的一条途径，而通常的滤波方法都在消除噪声的同滤波是提高点云强度质量的一条途径，而通常的滤波方法都在消除噪声的同时，削弱了一些有效的边缘特征。时，削弱了一些有效的边缘特征。项目组采用双谐样条函数对点云数据滤波的技术方法项目组采用双谐样条函数对点云数据滤波的技术方法，结果表明该滤波方法，结果表明该滤波方法 可靠有效、自适应强。同时也提出了可靠
45、有效、自适应强。同时也提出了基于各向异性扩散思想的自适应点云强度滤基于各向异性扩散思想的自适应点云强度滤波算法波算法，有效地提高了点云强度信息质量。，有效地提高了点云强度信息质量。三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心l 三维建模三维建模 传统的三角网构造技术对传统的三角网构造技术对1010万点以内具有比较好的效率，当超过万点以内具有比较好的效率，当超过1010万点时万点时，效率明显降低，甚至程序无法继续执行。，效率明显降低，甚至程序无法继续执行。针对点云数据特点，针对点云数据特点，运用运用Delauna
46、yDelaunay三角网生成算法，进行点云数据建模。三角网生成算法，进行点云数据建模。其原理如下：其原理如下：首先进行首先进行点云粗分组点云粗分组,然后从最高点根据然后从最高点根据DelaunayDelaunay划分原则划分原则,按照循环扩展按照循环扩展的思路生成三角形网格；通过控制合适的三角形生长条件的思路生成三角形网格；通过控制合适的三角形生长条件,有效避免了三角面有效避免了三角面片交叉错乱、退化、法向量不一致缺陷。片交叉错乱、退化、法向量不一致缺陷。通过分析制约算法效率的主要因素，在其关键环节上加以改进和优化，提通过分析制约算法效率的主要因素，在其关键环节上加以改进和优化，提高了算法的运
47、算速度。高了算法的运算速度。该算法能一次性处理数百万个点云数据，经实践验证，其计算时间几乎与该算法能一次性处理数百万个点云数据，经实践验证，其计算时间几乎与点数成线性关系。点数成线性关系。三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心 项目组基于三维激光扫描技术，进行了三维复原重建系统的开发，主项目组基于三维激光扫描技术，进行了三维复原重建系统的开发，主要有以下成果：要有以下成果：提出了以三维激光扫描技术为基础的文物建筑复原重建新方法，设计了提出了以三维激光扫描技术为基础的文物建筑复原重建新方法，设计了一套相应的
48、实施方案一套相应的实施方案 开发出了具有自主知识产权的软件系统开发出了具有自主知识产权的软件系统，实现了对三维数据的低成本、，实现了对三维数据的低成本、高效率的收集管理高效率的收集管理 实现了三维数据的后处理、成果发布及灾害评估，实现了三维数据的后处理、成果发布及灾害评估，为文物建筑的复原和为文物建筑的复原和重建提供了依据，达成了计划任务书中的要求。重建提供了依据，达成了计划任务书中的要求。7 7 主要研发成果主要研发成果三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心一、地面三维激光扫描技术一、地面三维激光扫描技
49、术二、地面三维激光扫描技术的应用二、地面三维激光扫描技术的应用三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发三、基于三维激光扫描技术的复制重建系统开发四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统五、后续研究工作五、后续研究工作灾害监测与防治研究中心灾害监测与防治研究中心四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统四、基于三维激光扫描的电缆隧道分析系统1 项目立项背景项目立项背景 随着社会经济的快速发展，我国城市化程度的提高，城市居民越来随着社会经济的快速发展，我国城市化程度的提高，城市居民越来越多，电网建设的架空模式已不适应城市空间的环境要求，电缆隧道工程越多，电网建设的
50、架空模式已不适应城市空间的环境要求，电缆隧道工程为高压线开辟了地下通道，因此电缆隧道的施工测量和监测成为了一个新为高压线开辟了地下通道，因此电缆隧道的施工测量和监测成为了一个新课题。课题。城市电缆隧道特点城市电缆隧道特点 线路长、直径相对较小、工程成本低线路长、直径相对较小、工程成本低 城市电缆隧道施工受地面、地下各种条件限制很大城市电缆隧道施工受地面、地下各种条件限制很大 城市建筑密度大、各种路网以及地下管网错综复杂城市建筑密度大、各种路网以及地下管网错综复杂 如何如何实现电缆隧道顺利贯通实现电缆隧道顺利贯通而又确保对各种建筑物而又确保对各种建筑物/构筑物的安全距离，保构筑物的安全距离，保证
