非結(jié)構(gòu)化離散表面匹配算法研究.pdf

1、非結(jié)構(gòu)化的離散表面匹配是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題之一，是激光掃描技術(shù)獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)。無控制點(diǎn)表面匹配技術(shù)是采用剛體轉(zhuǎn)換模型，通過表面的整體信息來求解不同三維表面之間的空間姿態(tài)差異。針對(duì)激光掃描技術(shù)獲取的三維點(diǎn)云應(yīng)用過程中需要解決二個(gè)方面問題開展研究，一是要將點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)納入到地理空間坐標(biāo)系中，二是將由于數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和設(shè)備限制導(dǎo)致分塊或分帶獲取的點(diǎn)云拼接為一個(gè)整體，以方便在實(shí)際工程中應(yīng)用。
　　首先在現(xiàn)有的最小二乘匹

2、配技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了非結(jié)構(gòu)化的離散表面與規(guī)則格網(wǎng)DEM匹配算法，稱為最小點(diǎn)到格網(wǎng)距離(Least Point-to-Grid，LPG)算法。利用該方法完成非結(jié)構(gòu)化的離散表面形式的點(diǎn)云與既有DEM的匹配，從而將點(diǎn)云數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)納入到既有DEM的地理空間坐標(biāo)系中。LPG算法以規(guī)則格網(wǎng)DEM為基準(zhǔn)表面，根據(jù)垂向距離最短原則求解二者的匹配參數(shù)。使用有限制條件的局部平面擬合方法來獲取待匹配離散表面上各點(diǎn)的梯度，并利用基于二維格網(wǎng)結(jié)構(gòu)的臨近點(diǎn)檢索

3、方法提高平面擬合過程中的數(shù)據(jù)檢索效率。利用仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)算法進(jìn)行測(cè)試，并和代表性的最近點(diǎn)迭代(Iterative Closest Point，ICP)算法算法進(jìn)行了比較。LPG算法精度比ICP算法高約10％，匹配過程中迭代收斂性較好，算法效率高約54％。
　　然后在LPG算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，將匹配過程中的基準(zhǔn)表面修改為非結(jié)構(gòu)化的離散表面，實(shí)現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)化的離散表面之間匹配算法，稱為最小點(diǎn)到點(diǎn)距離(LeastPoint-to-Point

4、，LPP)算法。該方法可以完成相鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間拼接問題。LPP算法使用反向距離加權(quán)法內(nèi)插非結(jié)構(gòu)化離散表面的對(duì)應(yīng)點(diǎn)內(nèi)插方向坐標(biāo)值。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明LPP算法能夠正確完成非結(jié)構(gòu)化的離散表面匹配。其匹配精度與ICP算法基本相當(dāng)，但匹配過程迭代收斂性和效率方面有了顯著提高，執(zhí)行效率提高了約28％。
　　相關(guān)算法通過程序進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，編制了具備相應(yīng)功能的軟件。本文提出的算法為解決激光掃描點(diǎn)云非結(jié)構(gòu)化的離散表面拼接以及將其納入到地理坐標(biāo)系的問題