基于三维激光扫描技术的地表变形监测.pdf

分类号: P24 密级: 公开 U D C : 单位代码: 10424 学位论文基于三维激光扫描技术的地表变形监测王婷婷申请学位级别: 硕士学位专业名称:大地测量学与测量工程指导教师姓名: 靳奉祥职称: 教授山东科技大学二零一一年五月论文题目: 基于三维激光扫描技术的地表变形监测作者姓名: 王婷婷入学时间: 2008 年 9 月专业名称: 大地测量学与测量工程研究方向: 现代测量数据处理理论及应用指导教师: 靳奉祥职称: 教授论文提交日期: 2011 年 6 月论文答辩日期: 2011 年 6 月授予学位日期: SURFACE DEFORMATION MONITORING USING 3D LASER SCANNING TECHNIQUE A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Wang Tingting Supervisor: Professor Jin Fengxiang Geomatics College May 2011 声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文, 除了所列参考文献和世所公认的文献外,全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名: 日期: AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at an y other academic institute. Signature: Date: 山东科技大学硕士学位论文摘要摘要三维激光扫描技术作为近年来发展起来的高新技术,能够快速地、高精度地、密集地,以非接触方式直接获取研究对象表面的空间三维数据,改变了传统的单点变形观测技术,使传统的“点测量”方式变为“形测量”方式。因此,将三维激光扫描技术引入到地表变形监测领域中,具有重要的理论与现实意义。与传统测绘技术相比,三维激光扫描技术提高了自动化提取信息的程度,它不需要布设测点,能够密集地、全面地对测区进行数据采集,相当于布设了一个高密度的网状变形监测网,为变形监测的研究提供了更为全面的实测数据。三维激光扫描技术获取的大面积地形点云模型是以离散采样点为基元的几何模型, 不能直接应用于变形监测领域,需要通过数字描述、图形图像表达等方式重建地表曲面, 从而提取不同时期地形表面的变形情况。本文针对激光扫描技术获取的点云数据的海量性,提出利用神经网络的方法进行曲面重建,分别模拟出两期点云数据的曲面及两期点云数据的下沉曲面,不仅可得出整个区域的下沉情况,并能直接获取任意一点的下沉值。论文的主要研究成果如下: ( 1)利用增加尺度的参数优化法对点云数据进行坐标系的统一,实例验证该方法的精度比七参数法和极坐标法的精度都高,为研究两期点云数据的变形提供了基础。( 2 )研究利用 B 样条最小二乘逼近方法进行曲面重建,在 Matlab 中的实现结果表明该方法的拟合精度非常高,但是该方法需要对每一点都要进行最小二乘计算,运算量大,运算时间长;使用较少的点数不仅使得拟合的曲面连续性差,而且丢失了大量的细节信息,背离了应用三维激光扫描技术进行变形监测的初衷。( 3 )提出利用 BP 神经网络的方法进行曲面重建,并在 Matlab 中实现。编写的程序对某个变形区域进行变形前后点云数据的曲面重建,不止得出整个区域的下沉情况, 还可以获取任意一点的下沉值。该方法曲面重建的精度一般在 mm 级, 点云数据量越大, 其精度越高,计算量却几乎没有影响。关键词: 三维激光扫描技术,坐标系统一,参数优化法,曲面重建, B 样条最小二乘逼近, BP 神经网络山东科技大学硕士学位论文摘要 Abstract As the recently developed hi gh-tech, three-dimensional lase r scannin