基于矿山地表自然地物点云数据建模研究与应用

发布时间：2017-10-04 13:04

  本文关键词：基于矿山地表自然地物点云数据建模研究与应用

  更多相关文章： 点云数据 尺度参数 特征点提取 网格优化 点云曲面重建

【摘要】：矿山地物数据采集、建模和三维可视化是矿山信息化和数字矿山建设的基础工作。三维激光测量作为一种新的测绘方法,与传统的测绘技术相比具有速度快、范围广、费时短和精度高等特点,已逐渐应用于矿山复杂地表及采空区的三维信息的采集和建模。矿山地物形态复杂,包含了自然地物及人工地物两种形态。运用三维激光测量采集矿山地物的点云数据,并采用合适的方法进行矿山地表自然地物及人工地物点云数据去噪、特征点提取、三维建模及可视化是一个复杂的过程。点云数据三维重建时需要提取人工地物和自然地物的特征点。由于人工地物形状比较规则,其点云数据特征点比较容易提取。但是自然地物由于形态多种多样,采集的点云不规则,在特征点提取过程中存在许多问题。探讨在不规则的自然地物点云数据中快速有效的特征点提取方法以及进行模型重建是本研究重点。本文以三维激光扫描仪获取的矿山地物点云数据为数据源,采用HD_3LS_SCENE和HD-Modeling软件对人工地物和自然地物点云数据的特征点提取及曲面网格模型构建方法进行了研究。首先,在自然地物点云数据特征点提取过程中,对比不同特征点提取方法,选取不同形态特征的自然地物点云数据进行实验分析,找出不同自然地物与特征点提取参数的关系。实验过程中,采用尺度参数设置法,针对不同的自然地物对参数进行对比分析,选出不同自然地物提取的最佳参数。其次,根据自然地物的特征对曲面网格构建过程中的尺度参数进行了实验,通过调整网格密度参数进行网格创建,选择最佳曲面网格模型进行自然地物模型的构建,最后完成了点云数据模型的重建。研究得到主要结论及成果：1、点云的简化和去噪过程中,主要重点分析随机采样法和双边滤波法对点云的去噪。针对不同类型的点云数据,两种方法的具有不同的优势,通过对比两种方法的处理结果,得到双边滤波法对不规则的点云数据处理具有显著的特点。2、自然地物点云特征点描述和提取,由于点云特征描述和提取算法的多样性,提出K-树邻近法和描述子法对点云进行特征点的描述和提取,结合PCL特征描述与提取相关模块,通过实例展示了PCL快速提取特征点,从而达到对自然地物点云的特征点快速提取,以减少数据中不相关点,为后续点云三角化和曲面重建作基础。3、结合实例对自然地物点云进行实验分析,选取最佳的提取特征点进行模型重构。结果表明,在利用K-树邻域法对点云数据特征点的提取时,选择合适的参数,对模型重建具有重要意义。通过参数设置分析过后的点云在曲面重建结果中具有显著的效果,模型和实体形态基本保持相关,所以参数设置对自然地物的建模具有实用性。
【关键词】：点云数据 尺度参数 特征点提取 网格优化 点云曲面重建
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD17;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 主要研究目的和内容15-16
• 1.4 论文的组织结构16-17
• 1.5 本章总结17-18
• 第二章 自然地物点云预处理原理和方法18-31
• 2.1 引言18-19
• 2.2 三维场景点云获取流程19-20
• 2.3 多测站点云数据拼接20-21
• 2.4 点云精简和裁剪21-23
• 2.5 点云数据滤波去噪23-30
• 2.5.1 RANSAC随机采样法24-25
• 2.5.2 双边滤波算法25-28
• 2.5.3 点云去噪分析28-30
• 2.6 本章总结30-31
• 第三章 点云数据特征点提取理论与方法31-48
• 3.1 引言31
• 3.2 深度图像创建及关键点提取31-36
• 3.2.1 点云深度图像创建31-33
• 3.2.2 点云数据边界提取33-34
• 3.2.3 关键点提取34-36
• 3.3 特征点提取方法36-46
• 3.3.1 点特征描述子提取法37-41
• 3.3.2 KD-Tree近邻检索法41-46
• 3.4 实验分析46-47
• 3.5 本章总结47-48
• 第四章 点云数据模型构建理论与方法48-59
• 4.1 曲面网格构建与优化48-54
• 4.1.1 最小二乘投影48-49
• 4.1.2 Delaunay三角化49-51
• 4.1.3 Delaunay三角网格优化51-54
• 4.2 点云数据模型重建算法54-58
• 4.2.1 移动立方算法55-56
• 4.2.2 泊松曲面重建算法56-58
• 4.3 本章总结58-59
• 第五章 点云数据模型构建实验分析59-73
• 5.1 实验数据采集59-61
• 5.2 地物点云的拼接和裁剪61-63
• 5.3 规则物体点云数据模型构建63-66
• 5.3.1 自定义基础参考坐标系63-64
• 5.3.2 平面切片绘制轮廓64-65
• 5.3.3 轮廓线构建模型65-66
• 5.4 不规则自然地物模型构建66-72
• 5.4.1 地物特征点提取66-69
• 5.4.2 地物曲面网格优化69-71
• 5.4.3 地物模型重构71-72
• 5.5 实验意义72
• 5.6 本章总结72-73
• 第六章 总结与展望73-76
• 6.1 研究总结73-74
• 6.2 工作展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 附录A (点云处理过程应用PCL代码)81-85
• 附录B (攻读硕士期间公开发表论文以及参加的项目)85

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本文编号：970801