系统可以用于执行上述实施例所述的方法，其原理和效果类似，此 处不再详述。
[0132] 以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例 对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替 换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，其特征在于，包括：51. 利用GPS或全站仪布设人工靶标点，建立靶标点监测网；52. 利用地面三维激光扫描仪采集不同时刻的构筑物表面的点云数据；53. 将靶标点监测网采集的数据和地面三维激光扫描仪采集的数据转换至同一参考坐 标系；54. 利用上述同一参考坐标系中的数据对构筑物几何模型进行判断和拟合；55. 根据拟合得到的构筑物的几何模型进行点云数据的分割，将点云数据分割成若干 个块，每个块拟合成一个代表点；56. 对比不同时刻所述点云数据拟合得到的代表点的坐标和向量的变化，进行构筑物 精细变形分析。2. 根据权利要求1所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，其特征 在于，所述步骤S2包括：布设多个地面三维激光扫描仪扫描站点，根据几何关系或者特征 点将各个扫描站点的点云分成块，每个块内的点云通过最小二乘进行拟合，估计出块点，并 建立不同扫描站点的块点之间的一一对应关系，得到点云数据的匹配对。3. 根据权利要求2所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，其特征 在于，所述步骤S3包括： 把块点和人工靶标点同时作为同名点，将人工靶标点采集的数据和不同扫描站点的点 云数据一次性转换至参考坐标系统中，根据七参数转换模型，通过严格的高斯-海尔摩特 模型进行迭代计算转换参数，其中，七参数转换模型为：其中，j= 1，2，...，？$代表同名点，包括人工靶标点和所述点云数据的匹配对的总 数；i代表第i个扫描站点或人工靶标点；m代表尺度因子，Y代表参考坐标系统中的坐标向 量；X代表人工革El标点或扫描站点坐标系统中的坐标向量；AX为平移向量；R为旋转矩阵， 由（w,(6, K)三个旋转角表示，其中七参数分别包括三个旋转参数、三个平移参数和一个 尺度参数。4. 根据权利要求3所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，其特征 在于，所述步骤S4包括： 根据点云数据进行二次型拟合，依据行列式方法对构筑物几何模型进行判断和拟合， 二次型表示为：其中，M是对称系数矩阵；xk是单个点的坐标向量（k= 1，2. ..，n) ;n代表点的个数;m是系数向量；a为尺度参数； 根据二次型估计结果，利用点云自动建立构筑物的3D模型，所述构筑物的3D模型包括 椭圆柱体、球体、平面体、圆锥体、椭球体或圆柱体。5. 根据权利要求4所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，其特征 在于，所述步骤S5包括： 将不同时刻的扫描数据依据二次型估计算法建立的统一框架模型，针对估计形状为 椭圆柱体、球体、平面体、圆锥体、椭球体或圆柱体的构筑物，将整个构筑物表面分成若干块 (r；, Ci)：其中，i= 1，2, ...，n，n代表点的总个数；ceil代表对该数取整；％和0。是局部坐 标系统中的中心点的极坐标；納和9 ,是第i个点的极坐标值；A0、Ap分别代表块的垂 直角和水平角间隔；每个块通过最小二乘拟合成一个代表点釔，块中心点的极坐标表示 为：其中u= 1，2,. . .，m，V= 1，2,. ..，n;毛:和4分别代表块中心点坐标的水平角和垂直 角坐标；.< 和 < 分别为起始点Xbs的水平角和垂直角坐标；c。和r￥分别代表块的行号和列 号；针对估计模型为3D平面的被测物体，根据点的笛卡尔坐标进行分割； 将点云唯一的划分到不同块中，由于每个块的体积很小，每个单独的块近似拟合成平 面，根据块中心点，估计每个块的代表点，构建不同时刻数据间--对应关系。6. 根据权利要求5所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，其特征 在于，所述步骤S6包括： 代表点&的标准偏差毛,可表示为：其中 和 < 分别为代表点&在X轴、y轴和z轴方向上的方差；通过对不同时 刻的构筑物表面的数据进行坐标对比，分析变化特点和趋势。7. -种基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测系统，其特征在于，包括： 靶标点监测网建立单元，用于利用GPS或全站仪布设人工靶标点，建立靶标点监测网； 构筑物表面点云数据采集单元，用于利用地面三维激光扫描仪采集不同时刻的构筑物 表面的点云数据； 坐标系转换单元，用于将靶标点监测网采集的数据和地面三维激光扫描仪采集的数据 转换至同一参考坐标系； 构筑物几何模型拟合单元，用于利用上述同一参考坐标系中的数据对构筑物几何模型 进行判断和拟合； 点云数据分割单元，用于根据拟合得到的构筑物的几何模型进行点云数据的分割，将 点云数据分割成若干个块，每个块拟合成一个代表点； 构筑物变形分析单元，用于对比不同时刻所述点云数据拟合得到的代表点的坐标和向 量的变化，进行构筑物精细变形分析。8. 根据权利要求7所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测系统，其特征 在于，所述构筑物表面点云数据采集单元，还用于布设多个地面三维激光扫描仪扫描站点， 根据几何关系或者特征点将各个扫描站点的点云分成块，每个块内的点云通过最小二乘进 行拟合，估计出块点，并建立不同扫描站点的块点之间的一一对应关系，得到点云数据的匹 配对。9. 根据权利要求8所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测系统，其特征 在于，所述坐标系转换单元，具体用于： 把块点和人工靶标点同时作为同名点，将人工靶标点采集的数据和不同扫描站点的点 云数据一次性转换至参考坐标系统中，根据七参数转换模型，通过严格的高斯-海尔摩特 模型进行迭代计算转换参数，其中，七参数转换模型为：其中，j= 1，2，...，？$代表同名点，包括人工靶标点和所述点云数据的匹配对的总 数；i代表第i个扫描站点或人工靶标点；m代表尺度因子，Y代表参考坐标系统中的坐标向 量；X代表人工革El标点或扫描站点坐标系统中的坐标向量；AX为平移向量；R为旋转矩阵， 由（w,(6, K)三个旋转角表示，其中七参数分别包括三个旋转参数、三个平移参数和一个 尺度参数。10. 根据权利要求9所述的基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测系统，其特 征在于，所述构筑物几何模型拟合单元用于根据点云进行二次型拟合，依据行列式方法对 构筑物几何模型进行判断和拟合，二次型表示为： +InxXj. +a= ：0：.： " 5: 其中，M是对称系数矩阵；xk是单个点的坐标向量（k= 1，2. ..，n) ;n代表点的个数;m是系数向量；a为尺度参数； 根据二次型估计结果，利用点云数据自动建立构筑物的3D模型，所述构筑物的3D模型 包括椭圆柱体、球体、平面体、圆锥体、椭球体或圆柱体。
【专利摘要】本发明提供了一种基于地面三维激光扫描的构筑物精细变形监测方法，包括：利用GPS或全站仪布设人工靶标点，建立靶标点监测网；利用地面三维激光扫描仪采集不同时刻的构筑物表面的点云数据；将靶标点监测网采集的数据和地面三维激光扫描仪采集的数据转换至同一参考坐标系；利用上述同一参考坐标系中的数据对构筑物几何模型进行判断和拟合；根据拟合得到的构筑物的几何模型进行点云数据的分割，将点云数据分割成若干个块，每个块拟合成一个代表点；对比不同时刻所述点云数据拟合得到的代表点的坐标和向量的变化，进行构筑物精细变形分析。本发明所述方法能够实现对构筑物精细变形的监测。
【IPC分类】G01B11/16
【公开号】CN105136054
【申请号】CN201510203091
【发明人】王金, 陈艳艳, 张志清
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年4月27日