基于曲线拟合理论的点云数据处理分析

发布时间：2017-08-07 14:32

  本文关键词：基于曲线拟合理论的点云数据处理分析

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【摘要】：三维激光扫描技术具有高自动化、高速度、高精度、高密度,适应性好、设备运行可靠性高的特点。采用三维激光扫描技术可以很直观的获得被测物表面的大量点云数据。如何对点云数据进行处理并应用于实际工程中显得尤为重要。本文应用三次B样条曲线拟合方法拟合隧道断面,并将其应用于隧道稳定性分析。主要取得了以下成果：1、对盐水沟隧道的两期三维激光扫描点云数据进行了预处理。首先对隧道点云数据进行拼接,其次拼接好的点云数据进行去噪处理,最后按照设定的距离切割断面得到断面点云数据。2、基于曲线拟合理论比较分析了有拉格朗日插值法、最小二乘法、Bezier曲线拟合法、B样条曲线法等几种成熟的拟合方法,对比分析这几种方法的优缺点,得到三次B样条曲线拟合法可以很好的表现出曲线的局部特征,且曲线更为平滑。三次B样条曲线拟合法更适用于离散点云数据的曲线拟合。3、本文针对点云数据量大,迭代次数多的问题,采用一种基于特征点拟合的三次B样条方法。在保证原始点云数据整体和局部形状保真度的前提下,通过分析点云数据的曲率分布情况,来确定隧道断面的特征点,进行特征点的曲线拟合。该方法提高了运算效率,减少了控制点个数,且更适用于密集度比较大的点云数据拟合。4、对盐水沟隧道的两期点云数据进行了处理分析。根据三维激光点云数据的特点隧道断面形状的特征,实现了面变形分析方法。采用三次B样条曲线拟合法拟合隧道断面并计算其面积。通过空间面积序列稳定性分析方法对比分析拟合断面面积之间的差异面积；通过时间序列稳定性分析对比两期点云数据同一断面面积变化量,从而判断拟合精度及隧道的稳定性。
【关键词】：点云数据 断面曲线拟合 三次B样条 断面特征点提取 断面稳定性分析
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U452.1;P225.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题的背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 三维激光扫描技术研究现状11-13
• 1.2.2 点云数据曲线拟合的研究现状13
• 1.3 课题研究的主要目的及内容13-15
• 第2章 地面三维激光扫描技术及数据处理15-24
• 2.1 三维激光扫描技术原理15-17
• 2.2 三维激光扫描技术的分类17-19
• 2.2.1 按承载平台分类17-18
• 2.2.2 按照扫描系统成像平台分类18-19
• 2.3 地面三维激光扫描数据采集流程19
• 2.4 点云数据预处理19-23
• 2.4.1 点云数据拼接20-21
• 2.4.2 点云数据去噪21-22
• 2.4.3 点云数据压缩22-23
• 2.4.4 隧道断面切割23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 曲线拟合理论方法及对比分析24-33
• 3.1 拉格朗日插值法24-25
• 3.2 最小二乘曲线拟合法25-26
• 3.3 BEZIER曲线拟合26-27
• 3.4 三次B样条曲线法27-31
• 3.4.1 B样条曲线27-29
• 3.4.2 三次B样条曲线的原理及性质29-31
• 3.5 对比分析31-32
• 3.6 本章小结32-33
• 第4章 三次B样条曲线拟合33-41
• 4.1 获取三次B样条初始曲线33-36
• 4.1.1 离散点曲率估计33
• 4.1.2 特征点的提取33-34
• 4.1.3 特征点参数化34
• 4.1.4 节点矢量的构建34-35
• 4.1.5 最小二乘三次B样条曲线拟合35-36
• 4.2 拟合曲线精细化36-38
• 4.2.1 计算逼近偏差36-37
• 4.2.2 曲线局部精细化37-38
• 4.3 曲线拟合精度评定38-40
• 4.3.1 点云数据误差分析38-40
• 4.3.2 拟合精度评定40
• 4.4 本章小结40-41
• 第5章 工程实例分析41-52
• 5.1 工程背景41-42
• 5.2 隧道断面点云数据曲线拟合42-43
• 5.2.1 断面曲线拟合42-43
• 5.2.2 面积精度评价43
• 5.3 基于曲线拟合的空间面积序列变形分析43-47
• 5.3.1 局部曲线拟合空间面积序列分析43-46
• 5.3.2 整体曲线拟合断面空间序列分析46-47
• 5.4 基于曲线拟合的面积时间序列变形分析47-49
• 5.4.1 局部曲线拟合面积时间序列分析47-48
• 5.4.2 整体曲线拟合面积时间序列分析48-49
• 5.5 基于曲线拟合的三维模型构建49-51
• 5.6 本章小结51-52
• 结论与展望52-54
• 论文的主要成果52
• 论文的不足与展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 附表59-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果66

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林振衡;林锋;;基于MATLAB的MoSi_2发热体电阻率曲线拟合[J];莆田学院学报;2008年02期

2 康迎宾;宋劲草;张俊霞;李维;;基于地面激光雷达技术的堤防溃口模拟试验研究[J];人民长江;2011年19期

3 郭祥;刘卉;;三维激光扫描技术及其在地质中的应用展望[J];软件导刊;2009年03期

4 边慧霞;宋劲草;张俊霞;房殿荣;张东;;堤防溃口冲刷试验中三维激光扫描技术的应用[J];人民黄河;2011年10期

5 王建文;杜春梅;;三维激光扫描系统的关键性技术研究[J];计算机工程与设计;2010年05期

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7 程少华;;逆向工程中基于NURBS的曲面重构[J];数学的实践与认识;2007年01期

8 岳鹏;史明昌;杜哲;王珊;;激光扫描技术在坡耕地土壤侵蚀监测中的应用[J];中国水土保持科学;2012年03期

9 刘伟;王爱军;;三维激光扫描技术在建筑物建模测量中的应用[J];山西科技;2012年05期

10 黄承亮;;三维激光扫描技术在人体三维建模中的应用研究[J];测绘;2013年01期

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本文编号：635193