林区道路3D信息采集与建模方法研究

发布时间：2020-11-18 01:12

　　近年来,随着“智慧林业”的发展,林业作业环境信息快速精准感知技术的需求日益迫切,其中林区道路如防火道、采伐集材道等作为林区环境的重要组成部分,其3D详细信息的采集和模型处理具有重要的研究价值。在应急抢险等林区作业中,作业车辆如森林消防车等需要详细、实时的铺装和非铺装道路3D信息。未来林区智能装备也需要道路环境信息完成定位和路径规划等功能,以提高生产作业效率及安全性。目前国内外对路面模型的构建研究多以城市道路和高速公路为主,针对林区道路3D模型构建的相关研究较少。车载移动测量系统因其高效、快速、非接触等优点,已成为采集高速公路、城市道路及其两侧建筑物等地物信息3D数据的重要手段。本文利用激光扫描雷达、惯性测量单元IMU、GNSS接收机等仪器搭建了车载林区道路信息采集系统,并完成了系统外参数标定、典型林区道路信息采集,将采集到的数据融合后,研究了激光点云数据的快速处理方法,构建了较能反映实际路面3D信息的林区道路模型。本文首先研究了道路信息采集系统的参数设置方法,确定了系统定位模型,完成了系统的外标定和精度校验。其次,采集了鸾峰国家森林公园典型防火道路路面数据,并在MATLAB中进行多仪器数据的融合,通过坐标变换,实现了二维激光数据到三维点云数据的转化。最后,编写代码完成了路面三维点云的显示、滤波、孔洞修补、点云精简、曲面重建等技术内容。尤其针对滤波和遮挡形成的孔洞,基于扫描线点云的特征,设计了修补点云模型的方法,实现了较好的修补效果。研究表明,该车载道路信息采集系统成本较低,适用于林区道路的数据采集和建模,最终生成的林区路面模型较能反映实际道路情况,可以为当前森林消防车性能分析改善和未来智能林用车辆应用提供虚拟测试、定位及路径规划等需要的相关林区道路信息。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S712;TP391.41
【部分图文】：

测量系统,激光扫描系统,三维信息,激光系统

ＬＤ２０００－Ｒ移动测量车（李德仁，２００６）、广州中海达的ｉＳｃａｎ型车载激光扫描系统、??北科天绘的Ｒ－Ａｎｇｌｅ车载激光测量系统等。??我国一些典型的移动测量系统如图１．３所示。??（ａ）?ＳＳＷ－ＭＭＴＳ?（ｂ）?ＭｙＦｌａｓｈ??（ｃ）?ＨｉＳｃａｎ－ＣＳＵ２?（ｄ）?Ｒ－Ａｎｇｌｅ??图１．３国内典型的车载移动测量系统??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｍｏｂｉｌｅ?ｍａｐｐｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??当前，我国车载激光系统的应用主要集中在道路及其两侧地物三维信息的采集和??特征提取以及建筑物、文物等的三维重建等方面。李永强等（李永强、盛业华等，２００８）??利用车载移动测量提取公路三维信息，为高精度路面建模提供了思路。张攀科等（张??攀科，张伟红等，２０１４）基于车载激光扫描系统采集了北京市昌平某地区的一段道路，??找到了一种快速测量道路断面的方法。林伟恩等（林伟恩、余建伟等，２０１７）对比了??车载与机载ＬｉＤＡＲ系统在高速公路改扩建中的应用，证明了车载激光系统在道路建??６??

示意图,孔洞

??孔洞示意图如图１．３所示。??０，孔洞??＇＞边界边??边界点??图１．３孔洞不意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｄｒａｗｉｎｇ?ｏｆ?ｈｏｌｅ??（２）孔洞修补??孔洞修补尚无统一方法，但国内外己经做了大量研宄，并提出了很多优秀算法，??这些算法大致可以分为两类：基于网格曲面（三角网格）和基于体积元素（散乱点云）??的算法（Ａｔｔｅｎｅ、Ｃａｍｐｅｎ，２０１３）。??基于体积元素的算法通过把网格曲面表示为体素形式，在体素内修补孔洞，适用??于不同类型的数据，但处理复杂模型时，容易产生拓补结构错乱，失去细节特征。如：??Ｄａｖｉｓ等（Ｄａｖｉｓ、Ｍａｒｓｃｈｎｅ等，２００２）提出的基于体数据场扩散修补孔洞的方法，该??算法可以有效地修补各个形式的孔洞数据，但是执行效率低、得出的最终模型会发生??一定的改变。??基于网格曲面的方法直接对点云数据进行处理

接收机,吸盘,天线,固定位置