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原文传递隧道点云数据的配准方法研究

论文题名：	隧道点云数据的配准方法研究
关键词：	点云配准;ICP算法;最小二乘;隧道变形监测
摘要：	近年来，随着科学技术的快速发展，新的测量设备和测绘技术得到广泛推广。地面三维激光扫描技术在各领域的运用已成为当前研究热点。伴随着地铁，公路，铁路，矿山等隧道工程逐渐增多，该技术在其竣工验收、平整度检验、土方量计算以及隧道变形监测等方面都有大量实验性运用。鉴于各领域不同的特点，测量方式、数据处理方法及要求不尽相同。隧道工程具有独特的狭长结构，隧道内控制点坐标误差较大，测站数大幅增加，隧道点云多视站配准精度低成了该领域应用难点。本文选用隧道点云配准方法作为研究对象，根据隧道特点对其配准方案及配准算法进行改进，对该技术在隧道工程领域的更好应用具有重要意义。　　文中首先大量介绍了点云配准方法，并对隧道误差来源进行了深入分析，为减少隧道控制点坐标累计误差对配准精度的影响，用首尾测站控制整体误差的方法对其配准方案进行改进，并在随后的实验中得以实现。为了进一步对配准算法及精度进行了解与优化，以常用的基于标记点配准算法为研究对象进行实验，对标靶几何中心拟合误差及各测站配准误差进行了总结与分析，在ICP算法的基础上提出了一种基于标记点配准的改进算法。该算法首先通过基于标记点的方法进行初始配准，对第一次配准误差较大的Z方向建立关系式，以距离平方和最小为约束条件进行迭代计算，完成Z方向的二次配准以及其它方向的旋转误差改正，达到提高配准精度的目的。　　文章选用广西茶云顶隧道点云为实验数据，在 FARO SCENE数据处理软件的基础上，运用VC++及OpenGL图像开发包对配准改进方案进行实现。通过MATLAB对原始配准方案及改进方案的配准结果进行插值拟合与对比分析，从结果可以看出，文中采用的基于首站配准，尾站控制误差的改进方案能够有效的起到减小误差的作用。而且配新的准改进算法能够有效控制Z方向的误差，避免了由于控制点坐标误差引起的大幅度配准波动，同时也对各轴线方向的旋转误差进行了改正，具有很好提高配准精度的作用。
作者：	周正鋆
专业：	大地测量学与测量工程
导师：	吴良才
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文