顾及地形特征线要素的山区点云空洞修复技术研究
发布时间：2021-02-27 21:36
对点云数据进行空洞修复处理是三维激光扫描（Terrestrial Laser Scanning,TLS）技术应用中所面临的技术难点与研究热点问题。目前主流的点云空洞修复算法大多是通过分析点云空洞边界周边点云的几何特征而对空洞进行插值填充,该类方法适用于表面几何形状较为规则的点云空洞的修复,属于典型的“数学思维”方法。在实际三维扫描应用中,对于表面复杂而不规则的山区地面点云数据而言,这类修复方法效果并不理想。针对这一问题,顾及到山谷线和山脊线等此类地形线要素对于地形几何特征具有控制性和框架性的作用。为此,本研究根据“利用地理思维处理地理空间问题”的拓展思路,提出了一种将扫描对象的地形线要素特征集成参与到地面点云空洞修复处理的技术方法。该方法的主要技术要点为:首先,基于地面点云数据,通过GIS坡向分析和重分类的方法提取出山谷和山脊地形几何框架控制特征线,并进一步将其分别转为山谷特征点和山脊特征点;然后,基于所提取的山谷特征点和山脊特征点,采用Lagrange插值法对空洞位置缺失的山谷特征点和山脊特征点进行插值修复;最后,将缺失山谷特征点和山脊特征点修复成果编辑插入点云文件,利用主流的点云空...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文技术路线图
第二章顾及地形特征线的山区点云空洞修复技术框架构建13图2.1PCL点云库架构图Fig.2.1ArchitectureofPCL（2）OpenGLOpenGL（OpenGraphicsLibrary）是一个定义了跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口，也是一个功能强大、调用方便的底层图形库，包含了多种针对2D/3D图形图像以及视觉效果的算法库。OpenGL最早源于美国SGI公司为其图形工作站开发的IRISGL，于1992年发布了OpenGL1.0版本，后与微软公司合作开发了WindowsNT版本的OpenGL，即目前常规OpenGL软件的开端[49]。目前已被广泛应用于计算机辅助设计、内容创作、游戏开发、能源、制药业、制造业及虚拟现实等行业领域中。此外，程序员还可以借助OpenGL在PC、工作站、超级计算机等硬件设备上进行高性能、极具冲击力的高视觉表现力图形处理软件的开发。同时，OpenGL平台也具有较强的三维点云数据处理能力，我们可以通过调用OpenGL的算法模块构建处理流程对点云数据进行处理。例如，我们可以利用OpenGL平台在视觉效果处理方面的优势，依据地面扫描数据的地形特征、点云回光强度等信息对地面点云数据进行渲染和分割处理。2.2.3其他相关平台的点云处理功能和模块（1）ArcGIS点云处理功能ArcGIS是美国Esri公司研发的构建于工业标准之上的无缝扩展的GIS产品家族。它整合了数据库、人工智能、软件工程、云计算、网络技术等主流的信息技术，宗旨在于为用户提供一套完整的、开放的企业级GIS解决方案[50]。就面向的对象而言，ArcGIS并不是专业的点云数据处理平台，但是ArcGIS的优势在于其具有强大的空间分析能力，地面TLS点云数据作为地理空间信息数据的一
第二章顾及地形特征线的山区点云空洞修复技术框架构建15利用一个较大数值减去DEM，构建一个与原DEM相反的反地形数据。在反地形数据中原来的山脊变成了山谷，原来的山谷变成了山脊。然后再利用山脊线的提取方法提取出山谷线。基于GIS提取山脊线和山谷线的具体流程如图2.2所示：图2.2水文分析提取山谷和山脊线Fig.2.2ExtractionofValleyandRidgeLinebyHydrologicalAnalysis2.3.2利用GIS坡向分析提取山谷和山脊线利用GIS坡向分析的方法提取山谷线和山脊线，该方法的基本思路主要是通过GIS坡向分析和对坡向分析结果的重分类实验提取出山脊线和山谷线。（1）GIS坡向分析的基本原理为地形可视化和特征分析的基本要素，坡向在景观、流域和地貌测量等方面的研究中非常重要[52]。而当坡向与其他要素变量一起使用时，可以有助于土壤侵蚀、森林蓄积量估算、野生生物栖息地适宜性和选址分析以及其他领域问题的解决[53]。因此，坡向分析也是GIS空间分析的一个重要组成部分。①坡向度量与基本方向坡向是斜坡方向的量度，量纲是度（°）[54]，一般以正北方向为0°，沿顺时针方向运动，回到正北方向以360°结束，如图2.3（a）所示。由于坡向采用的是圆的度量，坡向20°比60°更靠近360°，因此，在利用坡向做数据分析之前，需要对坡向进行转换。通常是将坡向分为北（N）、东（E）、南（S）、西（W）4个基本方向，或者分为北（N）、东北（NE）、东（E）、东南（SE）、南（S）、西南（SW）、西（W）、西北（NW）8个基本方向，如图2.3（b,c）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂带状地形条件下的地面三维激光扫描点云数据采集与配准处理试验[J]. 杨敏,甘淑,袁希平,高莎,朱赞,于辉. 测绘通报. 2018(05)
[2]基于三维激光扫描点云数据的古建筑建模[J]. 索俊锋,刘勇,蒋志勇,郑海晨. 测绘科学. 2017(03)
[3]面向点云数据的黄土丘陵沟壑区沟沿线自动提取方法[J]. 李敏,杨昕,陈盼盼,熊礼阳. 地球信息科学学报. 2016(07)
[4]基于Snake的点模型谷脊线提取与优化[J]. 张若男,王仁芳. 图学学报. 2015(05)
[5]逆向工程在农业机械化中的实例应用[J]. 张鲁云,刘晓丽,郑炫,李帆. 江苏农业科学. 2015(05)
[6]基于激光点云直接比较算法的边坡变形监测技术研究[J]. 刘昌军,刘会玲,张顺福. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[7]TLS技术在表面复杂文物三维重建中的应用研究[J]. 万怡平,习晓环,王成,王方建. 测绘通报. 2014(11)
[8]基于特征数据分块自适应切片的空洞修补[J]. 何桂珍. 华东交通大学学报. 2014(04)
[9]基于三维激光扫描技术的矿山滑坡变形趋势评价方法[J]. 韩亚,王卫星,李双,刘晟,张鑫. 金属矿山. 2014(08)
[10]利用三维激光点云数据绘制地形图[J]. 高绍伟,薄志毅,王晓龙. 测绘通报. 2014(03)
硕士论文
[1]基于PMVS的三维重建点云模型修复算法研究与实现[D]. 邱晓朴.云南师范大学 2017
[2]三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用研究[D]. 沈宁.山东科技大学 2017
[3]近景摄影测量技术与三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用研究[D]. 徐贺.吉林建筑大学 2016
[4]三维激光扫描技术在建筑工程施工变形监测中的应用研究[D]. 杨林.天津大学 2016
本文编号：3054831
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文技术路线图
第二章顾及地形特征线的山区点云空洞修复技术框架构建13图2.1PCL点云库架构图Fig.2.1ArchitectureofPCL（2）OpenGLOpenGL（OpenGraphicsLibrary）是一个定义了跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口，也是一个功能强大、调用方便的底层图形库，包含了多种针对2D/3D图形图像以及视觉效果的算法库。OpenGL最早源于美国SGI公司为其图形工作站开发的IRISGL，于1992年发布了OpenGL1.0版本，后与微软公司合作开发了WindowsNT版本的OpenGL，即目前常规OpenGL软件的开端[49]。目前已被广泛应用于计算机辅助设计、内容创作、游戏开发、能源、制药业、制造业及虚拟现实等行业领域中。此外，程序员还可以借助OpenGL在PC、工作站、超级计算机等硬件设备上进行高性能、极具冲击力的高视觉表现力图形处理软件的开发。同时，OpenGL平台也具有较强的三维点云数据处理能力，我们可以通过调用OpenGL的算法模块构建处理流程对点云数据进行处理。例如，我们可以利用OpenGL平台在视觉效果处理方面的优势，依据地面扫描数据的地形特征、点云回光强度等信息对地面点云数据进行渲染和分割处理。2.2.3其他相关平台的点云处理功能和模块（1）ArcGIS点云处理功能ArcGIS是美国Esri公司研发的构建于工业标准之上的无缝扩展的GIS产品家族。它整合了数据库、人工智能、软件工程、云计算、网络技术等主流的信息技术，宗旨在于为用户提供一套完整的、开放的企业级GIS解决方案[50]。就面向的对象而言，ArcGIS并不是专业的点云数据处理平台，但是ArcGIS的优势在于其具有强大的空间分析能力，地面TLS点云数据作为地理空间信息数据的一
第二章顾及地形特征线的山区点云空洞修复技术框架构建15利用一个较大数值减去DEM，构建一个与原DEM相反的反地形数据。在反地形数据中原来的山脊变成了山谷，原来的山谷变成了山脊。然后再利用山脊线的提取方法提取出山谷线。基于GIS提取山脊线和山谷线的具体流程如图2.2所示：图2.2水文分析提取山谷和山脊线Fig.2.2ExtractionofValleyandRidgeLinebyHydrologicalAnalysis2.3.2利用GIS坡向分析提取山谷和山脊线利用GIS坡向分析的方法提取山谷线和山脊线，该方法的基本思路主要是通过GIS坡向分析和对坡向分析结果的重分类实验提取出山脊线和山谷线。（1）GIS坡向分析的基本原理为地形可视化和特征分析的基本要素，坡向在景观、流域和地貌测量等方面的研究中非常重要[52]。而当坡向与其他要素变量一起使用时，可以有助于土壤侵蚀、森林蓄积量估算、野生生物栖息地适宜性和选址分析以及其他领域问题的解决[53]。因此，坡向分析也是GIS空间分析的一个重要组成部分。①坡向度量与基本方向坡向是斜坡方向的量度，量纲是度（°）[54]，一般以正北方向为0°，沿顺时针方向运动，回到正北方向以360°结束，如图2.3（a）所示。由于坡向采用的是圆的度量，坡向20°比60°更靠近360°，因此，在利用坡向做数据分析之前，需要对坡向进行转换。通常是将坡向分为北（N）、东（E）、南（S）、西（W）4个基本方向，或者分为北（N）、东北（NE）、东（E）、东南（SE）、南（S）、西南（SW）、西（W）、西北（NW）8个基本方向，如图2.3（b,c）所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]复杂带状地形条件下的地面三维激光扫描点云数据采集与配准处理试验[J]. 杨敏,甘淑,袁希平,高莎,朱赞,于辉. 测绘通报. 2018(05)
[2]基于三维激光扫描点云数据的古建筑建模[J]. 索俊锋,刘勇,蒋志勇,郑海晨. 测绘科学. 2017(03)
[3]面向点云数据的黄土丘陵沟壑区沟沿线自动提取方法[J]. 李敏,杨昕,陈盼盼,熊礼阳. 地球信息科学学报. 2016(07)
[4]基于Snake的点模型谷脊线提取与优化[J]. 张若男,王仁芳. 图学学报. 2015(05)
[5]逆向工程在农业机械化中的实例应用[J]. 张鲁云,刘晓丽,郑炫,李帆. 江苏农业科学. 2015(05)
[6]基于激光点云直接比较算法的边坡变形监测技术研究[J]. 刘昌军,刘会玲,张顺福. 岩石力学与工程学报. 2015(S1)
[7]TLS技术在表面复杂文物三维重建中的应用研究[J]. 万怡平,习晓环,王成,王方建. 测绘通报. 2014(11)
[8]基于特征数据分块自适应切片的空洞修补[J]. 何桂珍. 华东交通大学学报. 2014(04)
[9]基于三维激光扫描技术的矿山滑坡变形趋势评价方法[J]. 韩亚,王卫星,李双,刘晟,张鑫. 金属矿山. 2014(08)
[10]利用三维激光点云数据绘制地形图[J]. 高绍伟,薄志毅,王晓龙. 测绘通报. 2014(03)
硕士论文
[1]基于PMVS的三维重建点云模型修复算法研究与实现[D]. 邱晓朴.云南师范大学 2017
[2]三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用研究[D]. 沈宁.山东科技大学 2017
[3]近景摄影测量技术与三维激光扫描技术在隧道变形监测中的应用研究[D]. 徐贺.吉林建筑大学 2016
[4]三维激光扫描技术在建筑工程施工变形监测中的应用研究[D]. 杨林.天津大学 2016
本文编号：3054831
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