[发明专利]一种三维激光扫描变形提取可靠性评价方法

说明书

本发明公开了一种三维激光扫描变形提取可靠性评价方法，具体是：首先对三维激光扫描误差进行系统分析，建立由光斑引起的激光点位误差模型；然后引入误差熵模型，在考虑相邻误差熵相互影响的前提下，构建相邻点位误差熵模型，通过引入投影算法，构建真实激光点云误差熵模型；最后，通过误差熵模型与变形提取可靠性的关系，构建基于误差熵的变形可靠性评价指标。在利用最邻近点搜索算法和最邻近面搜索算法实现点‑点及点‑面变形提取过程中，本发明克服了传统三维激光扫描变形提取无法评价的缺点，有助于真实反映变形提取的精度，为三维激光扫描的变形监测应用的可靠性提供了理论依据。

技术领域

本发明属于激光扫描在变形监测应用领域，涉及一种点云变形提取可靠性评价方法。

背景技术

近几年三维激光扫描技术得到了广泛的应用，其主要应用于虚拟场景再现、城市空间测绘及文物修复等领域，而目前基于三维激光扫描的点云变形提取是研究的热点内容，这主要是由于传统的基于GPS或全站仪的监测都是单点监测，无法实现区域变形监测，因此，在此背景上诞生了基于三维激光扫描技术的区域变形监测，而目前，学者对其研究较多的是区域变形的提取，如对不同监测时期扫描的点云进行DEM模型重构，并通过分析DEM模型的变化状况实现变形量的提取，利用该方法便可实现滑坡的变形监测(Bitelli，2004；Bauer，2005)及结构体的变形监测(Dubbini，2004)，在同时考虑离散点云及点云DEM模型变化状况下便可实现岩石变化量的提取(Avella，2009)。采用地形分类算法对不同监测时期的点云进行分类，获取不同监测时期地形的变化状况，便可实现滑坡或岩崩的监测(Abellan，2010)。虽然给出了三维激光扫描变形提取方法，但无法确定变形提取当量是否真实反映其变形，而影响变形提取精度因素有很多，如何构建影响变形提取精度的误差模型，如何由这些误差模型评价变形提取的可靠性，是三维激光扫描用于变形监测过程中需要解决的关键问题。

在三维激光扫描过程中，普遍的认为只有测距、测角误差。而忽略了激光点位光斑对激光点位精度的影响，光斑是激光点位误差的主要来源之一(Schaer，2008)，其影响三维激光扫描变形提取可靠性的主要因素之一。传统的三维激光扫描变形提取过程中，没有考虑这些误差因素对变形提取的影响，造成了变形提取的可靠性受到质疑，甚至给出了错误的变形信息。因此，有必要解决三维激光扫描变形提取的可靠性。

目前，三维激光扫描变形提取还存在以下不足：

1.没有对激光点位误差进行系统分析，造成提取精度及提取可靠性得不到保证；

2.只是单纯的对两期点云模型进行对比分析得到变形量，变形提取不够完备，即没有考虑点-点变形、点-面变形。

3.变形提取后，没有对变形提取的可靠性进行评价，造成得到的变形可能不是真实的变形，而只是由误差引起的变化量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种三维激光扫描变形提取可靠性评价方法，以提高变形提取的可靠性。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的三维激光扫描变形提取可靠性评价方法，具体是：首先对三维激光扫描误差进行系统分析，建立由光斑引起的激光点位误差模型；然后引入误差熵模型，在考虑相邻误差熵相互影响的前提下，构建相邻点位误差熵模型，通过引入投影算法，构建真实激光点云误差熵模型；最后，通过误差熵模型与变形提取可靠性的关系，构建基于误差熵的变形可靠性评价指标。

本发明可以采用以下方法对三维激光扫描点云数据进行预处理：

针对三维激光扫描采集的点云数据，采用张量投票或手动的方法进行粗差的剔除，获取无粗差的点云数据，并采用信息熵对邻近点法向量夹角离散概率分布进行描述，得到点云凸凹表面的判断，对其非凸凹区域进行点云的自动简化，同时，简化的过程中根据扫描间隔曲率大小设置不同的简化率，实现点云的非均匀自动简化。