进行附色、拼接、降噪、合 并、优化等，成为适合于建立模型的整体点云数据。
[0037] 4.建立实景模型：根据点云数据，根据需要和要求建立被测物体三维点云模型、 三角化模型用于搭建软件平台的三维实景模型。
[0038] 5.建立软件平台：基于实景模型建立用于空间同步定位和信息记录的软件平台。
[0039] 下面结合实例对本流程进行说明：
[0040] 本实例采用Z+Fimager5010C三维激光扫描仪对国内某核电保护罩进行扫描，采 集原始数据，并逆向建模软件Geomagic Studio对扫描采集的数据进行处理，建立核电保护 罩的三维实景模型，最终基于三维实景模型软件平台，具体操作过程如下：
[0041]步骤1 :在核电保护罩上粘贴靶标。因为该核电保护罩为圆柱面，为了实现不同扫 描站点之间的数据拼接，确保每一个扫描站能看到5个不共线不共面的靶标。
[0042] 步骤2:用Z+Fimager5010C三维激光扫描仪对核电保护罩整体进行扫描。为了数 据的充分采集，本人在不同位置和角度上进行了24站的扫描。
[0043] 步骤3 :将三维激光扫描仪获取的核电保护罩数据导入计算机中进行建模。建模 过程按如下子步骤：
[0044] ①点云附色：步骤2中三维激光扫描仪获取的数据包括点的三维坐标和颜色 信息，这里将颜色信息添加到三维坐标点中，只需要用Z+Fimager5010C扫描仪配套的 Z+Flaser control软件打开扫描后的数据，执行附色操作。
[0045] ②进行点云拼接：不同站点扫描的数据，有着不同的坐标系，这一步就是将坐标系 统一起来。在Z+Flaser control中标记出步骤1中所贴祀标点的位置，软件将根据这些革巴 标点，进行基于特征的拼接，最终让所有数据统一在同一坐标系下。如图2所示，为数站拼 接在一起的核电保护罩点云效果图。
[0046] ③建立点云模型：将统一坐标系后的点云数据导入到Geomagic Studio中，去除 无用的点云和采集过程中的噪点，进行点云合并和统一采样等操作，使点云数据得到优化， 并构成一个整体的核电保护罩的实景三维点云模型，如图3所示，为合并之后建立的核电 保护罩点云模型图。
[0047] ④曲面化模型：为了让核电保护罩具有更好的三维可视化效果，进一步进行模型 化处理。将点云模型在Geomagic Studio中进一步封装成三角化模型。如图4,即为在 Geomagic Studio中封装的核电保护罩三角网模型图。此后可根据需要建立NURBS曲面模 型，以及参数化模型。
[0048] 步骤4:基于核电保护罩的三维点云模型和三角化模型开发软件平台，使其能进 行可视化操作，具备所需的信息记录功能，以及与万向云台定位仪同步定位等功能。
[0049] 接下来，对本发明的系统是如何实现空间同步定位和信息记录的工作进行说明：
[0050] 图5为系统工作示意图，三维实景模型软件平台（4)和计算机（5)组成系统的计 算机终端；万向云台（8)、激光发射仪（9)、三脚架（7)和搭载其他数据采集仪器的搭载平台 (10)构成了万向云台定位仪；计算机终端和万向云台定位仪通过数据线（6)或者wifi实现 数据传输；被测对象（1)上的多个已知靶标点（3)的作用是当万向云台定位仪处在不同的 位置时，可通过这些靶标点与计算机端的三维实景模型的匹配完成对其定位和达成空间匹 配；最终本系统所要做到的是当万向云台定位仪找到缺陷（2)时，计算机端的三维实景模 型能自动对位到该点，显示该点的三维坐标，并对搭载平台中的仪器所采集的该位置的图 像、变形、温度等信息进行记录。同时，此后也可通过在计算机端定位改点，从而使万向云台 定位仪自动搜索定位到该点。
[0051] 不管是对缺陷位置的正向同步定位还是逆向搜索，前提是计算机终端的三维实景 模型和实际观测对象完成空间匹配。下面结合图6和图7对其原理进行说明。
[0052] 如图6,当万向云台定位仪被放置在0处时，0的坐标是未知的。我们需要得出0 的三维坐标，并且让三维实景模型中的坐标系和外界环境的空间坐标系匹配起来。
[0053] 我们选定观测对象上的A(xA,yA,za)、B(xb,yB,zB)、C(xc,yc,zc)三个已知祀标点为 匹配点，进行手动匹配。
[0054] 首先手动调整万向云台定位仪，使其发射的激光光斑点投射在A上，同时在计算 机软件中将三维实景模型中的定位调整到A点，这时计算机将其坐标反馈给万向云台定位 仪，作为此次观测匹配的起始点。
[0055] 手动调整万向云台定位仪，将激光投射到B点，并在计算机中的的三维实景模型 中对B点完成坐标匹配。从A到B万向云台水平转角为ai，垂直转角为。如图7,可知AOD和BOD是两个垂直的面，D为A在两个面相交直线上的垂点，则可知BD也垂直AD，于是 可得到：
【主权项】
1. 一种基于三维激光扫描获得的点云数据建立的三维实景模型，与万向云台定位仪相 结合建立空间同步定位和信息记录系统，其建立的方法为：通过三维激光扫描仪获取观测 对象表面的三维点云数据，经过点云数据处理软件和逆向建模软件处理得到带有三维坐标 信息的三维实景模型，并基于三维实景模型建立计算机端软件平台；以万向云台和激光发 射仪为基础，搭建可搭载信息采集仪器的万向云台定位仪，同时内置数据处理、存储和传输 的软件模块；最后万向云台定位仪和三维实景模型软件平台按照一种空间匹配的方法进行 三维实景模型和实际空间的匹配，从而成为具有空间同步定位和信息记录的系统。
2. 根据权利1所述的基于三维实景模型同步定位和信息记录的系统，其特征为：三维 实景模型基于三维激光扫描技术，是对实景进行复制，具有真实的三维空间坐标，并且基于 这一特点实现空间定位。
3. 根据权利1所述的基于三维实景模型同步定位和信息记录的系统，其特征在于：万 向云台定位仪由万向云台实现任意角度的旋转，由激光发射仪完成目标点的定位，且具有 能搭载其它数据采集设备的搭载平台，成为多种数据采集仪器通用的定位平台。
4. 根据权利1所述的基于三维实景模型同步定位和信息记录的系统，其特征在于：空 间匹配是通过手动匹配三个已知的祀标点A(xA, yA,za)、B(xb,yB, zB)、C(xc, yc, zc),以及计算 万向云台定位仪所在点〇点，完成空间匹配。方法如下：让万向云台分别从A到B到C，再 回到A，记录所转过的水平和垂直角度分别为ap 01和a2、02及a3、03，则得到万向云 台定位仪所在点0 (xQ，yQ，zQ)到A、B、C三点之间的距离RA、R B、Rc和A、B、C三个点之间的 距尚LAB、LBC、L CA的关系为：
联合公式（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)可得到0(、7。，2。）点的坐标。再将万向云台 定位仪所在的位置0,反馈到三维实景模型中进行定位，从而完成空间匹配。
【专利摘要】本发明涉及一种空间同步定位和信息记录的系统，主要可用于建构筑物中采集信息时，对其所在的位置在三维实景模型中进行定位，并且将采集的信息记录在所对应的位置上。本发明的系统首先通过三维激光扫描仪获取观测对象表面的三维点云数据，经过点云数据处理软件和逆向建模软件处理得到带有三维坐标信息的三维实景模型，并基于三维实景模型建立计算机端软件平台；计算机终端的三维实景模型软件平台连接在一个万向云台定位仪上，可对观测对象上的任意位置进行瞄准。该定位仪以万向云台和激光发射仪为基础，建立可搭载信息采集仪器的万向云台定位仪，同时内置数据处理、存储和传输的模块。最后万向云台定位仪和三维实景模型软件平台按照一种空间匹配的方法进行三维实景模型和实际空间的匹配，从而成为具有空间同步定位和信息记录功能的系统。
【IPC分类】G06T17-00
【公开号】CN104809754
【申请号】CN201410031206
【发明人】韩达光, 张兴斌, 林松涛, 张晓旭, 李学飞, 梁宁博, 杨永光, 马晓鑫, 马鹏飞
【申请人】中冶建筑研究总院有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月23日