从高密度的点云数据进行扫描物体的重建以提取需要的数据是数据处理的重要部分,根据三维模型表示的不同方式,点云数据的模型重建也可以分为两种方法:
一种是几何模型重建,常见于CAD种的轮廓模型或者断面轮廓。对于几何模型重建,主要是在点云中或者数据模型中,利用几何体如点、线、面、柱体、四面体等对物体进行拟合。一种是三维点云数据表面的模型重建,主要构造网格(三角面片)逼近扫描物体表面;
常见的如对房屋建筑的外轮廓、马路边缘、电线布置、工厂管道等轮廓进行几何拟合,可以输出三维图形格式也可以是AutoCAD格式等。
精度分析: 由于三维扫描的点位精度取决于距离测量和角度测量的误差。经过统计,目前无反射测距的最高精度为3+2ppm,角度测量所能达到最高精度为0.5秒。按照点位确定过程中的误差传播规律,三维扫描中单点位置确定的误差将大于3mm,同时随着扫描仪到扫描目标距离的增大,点位确定的误差将受距离测量和角度测量的误差影响而变大。可见,目前的三维扫描技术并不能达到mm级测绘精度。
当扫描目标相位于距扫描仪5米处时,三维扫描量测得结果中包含约3~5mm的误差(由于手工测量比较仔细,可以忽略手工测量结果中的误差)。虽然没有得到量测误差与扫描距离的关系,但根据激光测距定位的特点,可以断定随着扫描物体到扫描仪距离的加大,量测误差必将大幅度增加。
由于点位确定和距离有关,三维激光扫描的精度并不是一个固定值。测距精度受测量长度和测量次数的影响。扫描仪距目标愈远,距离测量的误差就越大,点位精度就越低。测距次数越大,测距精度越高。三维激光扫描的目的是确定点的位置。因此和其他测量设备一样,衡量三维激光扫描仪精度的指标为单点定位精度。根据三维扫描仪中确定点位的原理,点位测定精度取决于仪器的测距精度和测角精度。
影响激光扫描测量精度的因素很多,总体上分硬件和软件两个方面,硬件方面主要有机械运动平台、CCD摄像机、激光器等,从硬件方面提高精度,一般会增加成本。软件方面主要有物像对应关系标定、激光扫描线中心提取、被测物面表面特征、光学成像参数、光平面位置等因素。
总结:
三维激光扫描技术是最近几年才发展起来的新兴技术,具有广泛的应用领域。三维激光扫描技术的出现及不断发展与推广,给地学信息的获取带来了新的工作方法并是传统的地学调查方法的有益补充。三维激光扫描技术具有绝对的先进技术优势,将其应用到岩土、地质工程领域的工程测量及变形监测有着巨大的应用潜力。
通过本文的介绍分析,三维激光扫描技术具有测量距离远、采样点速率快、点定位精度高、无接触测量(无需反射棱镜)、扫描目标无需表面处理直接获取其三维点云数据、数据处理简单快捷、软件功能强大全面,能基本满足工程量测需要。
近年来,随着激光扫描技术研究及应用的不断深入,有关基于激光扫描数据三维重建技术的研究受到了广泛的关注,国内外已取得一定的研究成果。基于激光扫描数据的建筑物三维模型重建的目标是获得具有较精确三维几何结构的场景三维模型。本文讨论了基于激光扫描数据的建筑物三维模型的数据获取,点云处理以及测量精度的分析。通过对数据处理及结果的分析比较,得出三维激光扫描的精度方面的结论。