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1 绪论1

1.1 三维激光数字测量技术发展现状1

1.2 点云数据预处理及其三维可视化研究进展3

1.3 矿用三维激光数字测量发展现状7

2 三维激光数字测量仪工作原理及工作方式8

2.1 三维激光数字测量仪简介8

2.2 三维激光数字测量仪工作方式9

2.2.1 钻孔量测9

2.2.2 手持式10

2.2.3 轨道式12

2.2.4 测站式13

2.2.5 车载式14

2.2.6 机载式16

2.3 三维激光数字测量仪工作原理18

2.4 三维激光数字测量仪检定方法19

2.5 误差来源分析21

2.5.1 角度测量22

2.5.2 距离测量加常数22

2.5.3 外界气象环境条件引起的误差23

2.5.4 反射面不同特性对测距结果的影响23

3 点云数据结构特征及分类25

3.1 三维激光测量点云数据结构25

3.2 常用点云数据格式26

3.2.1 PTX文件26

3.2.2 PTC文件26

3.2.3 PCD文件27

3.2.4 DXF文件30

3.2.5 PLY文件33

3.3 点云数据结构特征34

3.4 点云数据结构分类34

4 点云数据预处理36

4.1 点云噪声36

4.1.1 点云数据噪声来源36

4.1.2 常用的点云去噪算法37

4.1.3 离群点移除38

4.2 点云精简39

4.2.1 点云精简方法39

4.2.2 常用的散乱点云精简方法39

4.2.3 点云精简算法评价43

4.3 点云滤波45

4.3.1 数学形态学滤波算法45

4.3.2 移动窗口滤波算法45

4.3.3 基于逐步加密TIN的滤波算法46

4.3.4 基于坡度变化的滤波算法46

4.3.5 移动曲面滤波算法47

4.3.6 迭代最小二乘滤波算法47

4.3.7 基于kd-tree的无序点云去噪算法49

4.3.8 体素化滤波51

4.3.9 点云精简滤波算例53

4.4 滤波效果分析54

4.4.1 定性分析54

4.4.2 定量分析54

4.5 小结56

5 点云数据三维可视化及曲面重构57

5.1 点云数据结构特征描述与提取57

5.1.1 特征点提取58

5.1.2 边界点的提取61

5.1.3 特征线提取63

5.1.4 特征线拟合64

5.2 点云数据配准67

5.2.1 计算机图形学图形变换基础68

5.2.2 基于PCL的点云配准69

5.2.3 ICP算法72

5.2.4 基于ICP算法的精细配准75

5.2.5 利用标定物拼接77

5.2.6 点云配准示例78

5.3 点云数据三维可视化82

5.3.1 点云曲面三维重构82

5.3.2 NURBS曲面拼接传统算法91

5.3.3 点云曲面三维重构示例97

6 点云三维曲面建模及其工程应用99

6.1 采空区探测及体积计算99

6.1.1 体积计算原理99

6.1.2 体积计算处理流程105

6.1.3 体积计算108

6.1.4 地下采空区探测及体积计算实例111

6.2 岩体结构面识别119

6.2.1 图像分割119

6.2.2 拓扑关系建立124

6.2.3 岩体结构面识别130

6.2.4 岩体结构面识别实例133

6.3 地下开采爆破效果分析151

6.3.1 工程背景151

6.3.2 测试方案151

6.3.3 测试数据155

6.3.4 测试结果155

6.4 空场法损失贫化统计分析158

6.4.1 工程背景158

6.4.2 测试方案159

6.4.3 测试数据161

6.4.4 测试结果162

6.5 地下工程岩体稳定性分析163

6.5.1 某地下储油库三维模型构建163

6.5.2 某地下储油库三维建模方法164

6.5.3 某地下储油库的岩体稳定性分级167

6.5.4 三维激光数字测量结果与设计尺寸对比172

6.5.5 三维激光数字测量结果与数值分析结果对比173

6.5.6 基于数据对比的稳定性分析173

7 结束语183

参考文献185