三维激光扫描快速拼接技术研究及应用.docx
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2021-12-08
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三维激光扫描快速拼接技术研究及应用
摘要：针对三维激光扫描获取多测站点云数据的拼接工作，通常采用与扫描仪
匹配的点云处理软件进行拼接后处理，但是这些后处理软件拼接过程中需要借助
于标靶或人工完成，存在拼接耗时过长、精度不高等问题。基于站点矩阵坐标信
息，通过多种软件交叉融合，提出了一种无需标靶的三维激光扫描快速拼接技术
方法。以既有建筑改造工程为案例，对所提出的技术进行测试。结果表明，所提
出的技术方法极大地缩短了后处理时间，快速拼接得到的三维高精度点云模型为
改造工程的设计提供了直观可量测的蓝图。
关键词：三维激光扫描；快速拼接；既有建筑改造
1 引言
在既有建筑改造特别是老旧建筑改造项目中，采用三维激光扫描仪对改造前
现场情况进行全景扫描并生成点云模型已成为项目前期现场数据采集的主要手段。
然而在一些大型改造工程中，由于外业扫描站点数量较多，扫描数据的后期拼接
处理非常耗时，从而影响了工程进度的正常推进。
目前扫描数据的后期拼接处理，通常是使用三维激光扫描仪自带的点云处理
软件或通用型点云处理软件[1-7]，这些后处理软件主要优势在于点云去噪工具齐
全，能够一键自动处理，且能够生成可量测的实景点云模型。但是这软件拼接过
程中需要借助于标靶或人工完成，存在自动拼接准确率低，拼接过程耗时过长等
问题。针对这些问题，一些学者进行了三维激光扫描多测站点云数据的拼接算法
和技术研究[1-6]，为多测站三维扫描技术的商业化应用奠定了基础。
本文基于站点矩阵坐标信息，通过多种软件交叉融合，提出了一种无需标靶
的三维激光扫描快速拼接技术方法，并在既有建筑改造工程进行了应用。该方法
的主要优势在于无标靶扫描站点数据自动拼接用时短，拼接误差小，且能生成单
个或多个高精度独立点云文件并可导出为通用格式数据文件。
2 快速拼接原理
三维激光扫描数据快速拼接的原理见图 2，具体步骤如下：
（1）在 Z+F LaserControl 中导入项目外业扫描的整体工程点云数据或需要拼
接的站点点云数据，对点云数据进行自动去噪点处理并手动去除各站点数据中的
无关对象，如人体、车辆等。处理完成后保存点云数据并导出至 JRC 3D
Reconstructor。
图 2 快速拼接原理图
（2）在 JRC 3D Reconstructor 中导入 Z+F LaserControl 中处理完成的各站点点
云数据，依次进行自动站点点云数据预处理（如重建法线等）、自动预拼接、自
动精配准，从而完成各站点点云数据的正确拼接。
（3）将拼接正确的各站点矩阵坐标信息导出并保存为文本文件。
（4）将各站点点云数据合并成一个或多个带位置信息的独立点云数据文件，
并导出为*.las、*.ply 等通用数据格式供其他点云处理软件导入，如 Autodesk
Recap、Geomagic 等。
（5）在 Z+F LaserControl 中把在步骤 1 中处理完的各站点数据中的矩阵坐标
信息更新为步骤 3 中保存的相应矩阵坐标信息，完成 Z+F LaserControl 中各站点的
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