ВВЕДЕНИЕ 4
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 5
ГЛАВА 1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ 6
1.1. Изучение существующих методов по обработке данных для построения трехмерной модели 6
1.2. Поиск программного обеспечения и оборудования для обработки данных 7
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ СБОРА И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ 9
2.1. Сбор данных о бетонных тетраподах северного невского волнозащитного мола судопропускного сооружения С-1 9
2.1.1. Съемка опорных точек тахеометром 9
2.1.2. Лазерное сканирование 9
2.1.3. Аэрофотосъемка 11
2.2. Разработка методики предварительной обработки данных 12
2.3. Разработка методики разрежения точечной модели 12
2.4. Разработка методики векторизации данных лазерного сканирования и аэрофотосъемки 13
2.5. Приведение данных лазерного сканирования к общей системе координат по перекрывающимся участкам с помощью алгоритма ICP (IterativeClosestPoint) 13
2.6. Фильтрация данных лазерного сканирования с целью оптимизации количества точек и улучшения их дешифровочных свойств 14
2.7. Разрежение точечной модели с целью снижения плотности облака для осуществления его дальнейшей обработки 15
2.8. Построение плотного облака точек и ортофотоплана по данным аэрофотосъемки 16
ГЛАВА 3. СОЗДАНИЕ МЕТОДИКИ ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ 18
3.1. Объединение точечных моделей, полученных по результатам лазерного сканирования и аэрофотосъемки 18
3.2. Построение полигональной модели на основе полученных данных 18
3.3. Векторизация полигональной модели 19
3.4. Окончательная формулировка методики 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 23
В современном мире трехмерное поверхностное моделирование становится все более значимым в различных сферах деятельности человека. С развитием технологий лазерного сканирования, аэрофотосъемки и совершенствованием программных продуктов появилась возможность создавать точные трехмерные модели объектов различной формы на основе собранных данных. Лазерное сканирование позволяет получать точки поверхности объекта с точными пространственными координатами, а фотосъемка дополняет эту информацию текстурой и цветом. Таким образом, открываются новые перспективы для воспроизведения реальных объектов и более детального их анализа.
Цель данной выпускной квалификационной работы заключается в разработке методики трехмерного моделирования, позволяющей повысить автоматизацию и точность процесса обработки данных лазерного сканирования и аэрофотосъемки по сравнению с существующими методами.
Объект исследования – многокомпонентные строительные конструкции комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений. Проблема деформаций бетонных тетраподовволнозащитного мола стоит достаточно остро в связи с их важностью для защиты побережья от негативного воздействия волн, штормов и наводнений. Даже небольшое повреждение данных конструкций может неблагоприятно отразиться на их свойствах.
Для мониторинга состояния тетраподов периодически проводится комплекс съемочных работ, включающий в себя лазерное сканирование и аэрофотосъемку. Полученные данные необходимо быстро обработать и получить точную трехмерную модель. Однако зачастую при исследовании объектов сложных форм большой объем получаемых данных приводит к невозможности их обработки без предварительного удаления его большей части, что в свою очередь приводит к значительному увеличению погрешности результатов. Кроме того, ошибки при традиционных методах векторизации также отрицательно сказываются на точности моделирования. Ручная обработка данных снижает эффективность применения современных технологий.
Таким образом, предмет исследования – пространственное положение тетраподов.
Цель данной работы заключается в разработке методики трехмерного моделирования, позволяющей повысить автоматизацию и точность процесса обработки данных полученных с помощью лазерного сканирования и аэрофотосъемки, по сравнению с существующими методами.
В рамках данной работы была разработана методика создания трехмерных моделей объектов сложной формы. Главным ее преимуществом является повышение автоматизации процесса предварительной обработки данных лазерного сканирования и аэрофотосъемки с сохранением точности. На примере многокомпонентных строительных конструкций КЗС Санкт-Петербурга от наводнений были выполнены следующие задачи:
1. Рассмотрены и проанализированы основные методы предварительной обработки данных лазерного сканирования и аэрофотосъемки.
2. Выявлены недостатки существующих методов, снижающие точность обработки данных.
3. С учетом выявленных недостатков разработана методика разрежения точечной модели, сокращающая объем исходных данных в 2000 раз (с 2,3 млрд до 1 млн точек) без потери ключевых точек.
4. По результатам наблюдений была построена трехмерная модель тетраподов северного невского мола.
Общая точность съемки и моделирования оценивается в 1 см. Повышение точности также обусловлено тем, что в облако точек ЛС были вписаны тетраподы стандартной формы (ГОСТ-20425-75 «Тетраподы для берегозащитных и оградительных сооружений»).
Поставленная цель достигнута, и задачи полностью решены.
Результаты исследования могут быть использованы для создания трехмерных моделей объектов сложных форм. Также планируется дальнейшая доработка методики для оценки деформаций конструкций КЗС Санкт-Петербурга от наводнений по результатам цикличных наблюдений.
