【正文】 割、特征提取以及建模等方面分別進行了詳細的分析和研究；石銀濤、程效軍[27]等人闡述了全站儀 CAD 建模與地面三維激光掃描建模方式的流程，并對兩種建模方法得到模型的點位誤差、幾何體誤差、整體模型中誤差等不同方面進行分析研究，探討了地面激光掃描儀應(yīng)用于大型建筑建模中能達到的精度，以及適應(yīng)的場合，通過實驗表明三維激光掃描建模方法具有快速、高效，模型精度較高等優(yōu)點。另外，2022 年奧地利應(yīng)用 RIGEL 公司的 LMSZ420 遠程地面三維激光掃描儀對 1000m 以外的阿爾卑斯山雪層、冰川變化進行了監(jiān)測； 2022 年 7 月到2022 年 9 月 Optech 公司利用其 ILRIS3D 激光掃描系統(tǒng)結(jié)合 GPS 對 Miage 湖邊緣冰山北部周圍近地面冰崖的移動進行了監(jiān)測，經(jīng)過幾次重復(fù)監(jiān)測的比較，實驗結(jié)果明冰崖發(fā)生了移動，在一年多的時間內(nèi)后退了幾十米；美國科羅拉多州的礦業(yè)學(xué)院，正在研究開發(fā)一種運用激光探測與測距的激光掃描技術(shù)的邊坡穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，美國的 Kennecott 能源公司和 3DP 公司，也為這項研究的開發(fā)計劃提供研究開發(fā)資金，它們要研究確定便宜的三維激光雷達掃描儀在監(jiān)控露天煤礦的高礦壁邊坡的實用性和潛力；2022 年 Pagounis Vassilios[20]等人使用徠卡 HDS2500 激光掃描儀應(yīng)用在道路安全分析和交通事故模擬中； 2022 年Nabbout Khaled[21]等人將三維激光掃描系統(tǒng)應(yīng)用于城鎮(zhèn)規(guī)劃中，包括道路、鐵路和隧道等測量。三維激光掃描數(shù)據(jù)處理方面，1992 年 Besl 和 Mckay[5]首次提出了著名的ICP(Iterative Closest Point)配準(zhǔn)算法，該算法以四元數(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)了點集到點集的配準(zhǔn),它不僅適用于點集與點集之間的配準(zhǔn)，也適用于其他幾何對象的配準(zhǔn)，應(yīng)用范圍較大；2022 年 HC Kim[6]等人研究了不規(guī)則點云的數(shù)據(jù)分割算法，并比較無噪聲點云數(shù)據(jù)的分割和有噪聲點云數(shù)據(jù)的分割方法,進一步將數(shù)據(jù)分割分為平面分割、光滑表面分割和粗糙表面分割三種類型；2022 年 SM Hur[7]等人提出了在點云數(shù)據(jù)狄羅里三角化的過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)縮減的方法，從而使得生成STL 文件的大小得到了有效的減小，該方法可以降低模型誤差、減少計算機運行時間，同時也可保證 RP 模型的精度；2022 年 Wolfgang Boehier[8]等人使用多種不同廠家生產(chǎn)的三維激光掃描儀，針對測量角度、測距精度、邊緣影響、分辨率以及外界環(huán)境光線等方面影響進行理論分析，并做出了實驗驗證，通過對比分析對點云質(zhì)量進行了調(diào)查；J. Clark[9]等使用 Leica HDS2500 三維激光掃描儀對不同顏色的物體進行掃描并分析研究，為提高數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量做出評價；2022 年 Natasha[10]等人針對 ICP 算法中的點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)質(zhì)量問題，即在無特征區(qū)域選擇太多的掃描點云數(shù)據(jù)時，尤其是掃描數(shù)據(jù)中存在較大測量噪聲或數(shù)據(jù)沒有校正時，將導(dǎo)致收斂速度減慢或配準(zhǔn)不正確，甚至出現(xiàn)配準(zhǔn)不收斂現(xiàn)象，為了提高 ICP 算法的穩(wěn)定性，以配準(zhǔn)處理的不確定性最小化為目標(biāo)，提出了考慮轉(zhuǎn)換約束情況進行采樣點選擇的方法；2022 年 Sophie Voisin[11]詳細研究了環(huán)境光線對三維激光掃描的影響。目前，地面三維激光掃描技術(shù)在橋梁變形監(jiān)測、大壩變形等精度要求高的領(lǐng)域研究還較少，而在礦區(qū)沉降、邊坡監(jiān)測等方面已有廣泛的研究和應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者對三維激光掃描數(shù)據(jù)處理以及在變形監(jiān)測方面的應(yīng)用方面也進行了較多的研究和試驗。目前比較成熟的傳統(tǒng)變形監(jiān)測手段也很多,傳統(tǒng)的方法有全站儀測量、GPS技術(shù)、精密水準(zhǔn)測量及近景攝影測量等,變形分析方法包括：回歸分析法、時間序列分析法、灰色系統(tǒng)分析法、Kalman 濾波分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法以及頻譜分析法等，這些方法及理論研究都已達到比較深入的程度,并形成了相應(yīng)的技術(shù)及理論體系。因此，三維激光掃描技術(shù)在橋梁監(jiān)測方面的應(yīng)用研究意義重大。如何針對特大型橋梁的梁體、塔柱、墩身及錨體等重要部位的變形監(jiān)測和檢測工作，采用三維激光掃描技術(shù)獲取高精度的密集點云數(shù)據(jù)，進行逆向三維建模；怎樣結(jié)合橋梁設(shè)計資料和多期三維測量模型，分析結(jié)構(gòu)體的整體形變和差異，建立一種基于三維模型形變分析方法和理論，形成一套完整的特大型橋梁構(gòu)筑物的全面監(jiān)測和檢測程序體系，為科學(xué)全面的特大型橋梁監(jiān)測技術(shù)提供典型的樣例等問題都是當(dāng)今研究的重點。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，能夠快速獲取物體表面海量三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)逆向三維模型的快速重建，對復(fù)雜的交通改造工程的設(shè)計、施工和監(jiān)測是一次突破性的飛躍。精確的三維模型需要完整地描述目標(biāo)結(jié)構(gòu)，因此需要大量的三維點，少則幾萬個，多則幾百萬以上，這樣才能把目標(biāo)完整地描繪出來。它是利用激光測量單元進行從左到右，從上到下的全自動高精度步進測量，進而得到完整的、全面的、連續(xù)的、關(guān)聯(lián)的全景點的三維坐標(biāo)。因此，新的、全面的檢測和監(jiān)測方法是一種發(fā)展趨勢。在三維數(shù)據(jù)采集方面?zhèn)鹘y(tǒng)手段主要包括：單點采集三維坐標(biāo)的方法(如 GPS 高精度定位、三維坐標(biāo)測量機、全站儀等)、基于光學(xué)攝影測量原理的近景攝影測量以及航空攝影測量等。因此，橋梁的全面、準(zhǔn)確的監(jiān)測迫切而又重要。調(diào)查結(jié)果表明：設(shè)計平均壽命為 75 年的橋梁實際使用壽命平均為 40 年左右；德國對部分混凝土橋梁的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：使用年限 25 年以上的橋梁 46%至少存在一處中等以上的損傷。在施工和運營過程中，為了保證橋梁工程的安全，需要對橋梁的地基、引橋、下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、橋面等結(jié)構(gòu)和外形作全面的檢測和監(jiān)測。目前，江蘇省境內(nèi)已建和在建的特大型橋梁有江陰大橋，南京二、三和四橋，潤揚大橋，蘇通大橋，泰州大橋，崇啟大橋等。 ICP registration algorithm。 deformation monitoring。 bridge。 The experiment instrument which is about Trimble GXTM 3d laser scanning system is introduced including position、software function and support data formats.(3) The main influence factors of point cloud accuracy are detailed analysis, such as scanning distance、angle、target reflector surface roughness、edge effects、laser beam and external environment etc are discussed, and then a method to improve access data quality is proposed in the dissertation.(4) The scheme of bridge deformation monitoring is designed which is how to use terrestrial 3D laser scanning system, and the steps of get point cloud data acquisition is given. The point cloud denoising、coordinate transformation of feature points and point cloud registration are realized through the programming and RealWorks Survey. (5) The bridge subsidence is analyzed by the method of fitting of surface, the experiment results show that: the mathod can better to reflect the uneven settlement and surface relative change of the bridges。 some of important 3D laser scanner’s performance index parameters are listed。(5) 研究了利用曲面擬合方法分析橋梁沉降，實驗表明該方法可以較好的反映出橋梁在順橋向和橫橋向的不均勻沉降以及表面相對形態(tài)變化；編程實現(xiàn)了 ICP 配準(zhǔn)算法，并通過將兩期掃描數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)提取變形量，實驗表明該方法可以精確地提取橋梁表面微小變形。(3) 詳細分析了影響點云精度的主要因素，探討了掃描距離、掃描角度、目標(biāo)反射體表面粗糙程度、邊緣效應(yīng)、激光光束、外界環(huán)境等方面對點云數(shù)據(jù)精度的影響，提出了獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)點云的方法。本文針對橋梁變形監(jiān)測，應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)展開研究，主要內(nèi)容如下：(1) 回顧了近幾年三維激光掃描技術(shù)在數(shù)據(jù)處理和變形監(jiān)測應(yīng)用方面研究現(xiàn)狀，提出了本文的研究內(nèi)容和技術(shù)路線。碩 士 學(xué) 位 論 文基于三維激光掃描的橋梁監(jiān)測方法研究論文中文題名 基于三維激光掃描的橋梁監(jiān)測方法研究 Method Based on 3D Laser Scanning摘 要近幾年，三維激光掃描技術(shù)的進步日新月異，三維激光掃描儀已經(jīng)成為重要的測量工具，目前它已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、文物保護、土木工程、計算機視覺以及交通規(guī)劃等重要領(lǐng)域。隨著三維激光掃描儀生產(chǎn)技術(shù)和配套數(shù)據(jù)處理軟件的日漸發(fā)展成熟，使用三維激光掃描系統(tǒng)對建筑物、邊坡和礦區(qū)等進行變形監(jiān)測對于安全預(yù)測、生產(chǎn)指導(dǎo)都具有重要意義。(2) 介紹了地面三維激光掃描系統(tǒng)分類，列出了主要三維激光掃描儀的性能指標(biāo)參數(shù)；闡述了三維激光掃描系統(tǒng)脈沖測距法(TOF)、干涉法和三角法的三種測量原理；詳細介紹了實驗儀器 Trimble GXTM 三維激光掃描系統(tǒng)的組成、軟件功能及支持的數(shù)據(jù)格式。(4) 設(shè)計了使用地面三維激光掃描儀對橋梁進行變形監(jiān)測的方案，給出了點云數(shù)據(jù)獲取步驟；通過編程并結(jié)合 RealWorks Survey 三維激光掃描數(shù)據(jù)處理軟件實現(xiàn)了橋梁的點云去噪、特征點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及點云配準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：三維激光掃描技術(shù)；橋梁；點云數(shù)據(jù)；變形監(jiān)測；曲面擬合；ICP 配準(zhǔn)算法；AbstractIn recent years, the progress of the 3D laser scanning technology is changing with each passing Laser Scanner is a crucial measurement tool in the Geodesy and Engineering surveying, and it is applied widely in the fields of medicine、cultural relic protection、civil engineering、puter vision and traffic planning etc. As the technology of 3D laser scanner producing and the software of data processing developed mature increasingly, using the system of 3D laser scanning to deformation monitoring for the buildings、side slope and diggings is very important for the safe prediction and production guidance. In this paper, we use the techniques of 3D laser scanning in the deformation monitoring of bridge. The main research content of the dissertation includes:(1) The recent backgrounds in the ways of data processing and deformation monitoring applications of 3D laser scanning techniques are reviewed in detail, then proposes the main research content and technical route.(2) The classification of terrestrial laser scanning system are introduced 。 The fundamental of three types of typical 3D laser scanners based the Time of Flight range finder、interferometry and laser triangulation are introduced in the dissertation。 The ICP registration algorithm is realized by programming and then the surface deformation is extracted by the registration of two stage scanning data. The experiment results show th