基于點云數(shù)據(jù)處理的激光雷達監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā).pdf

1、近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，為國民經(jīng)濟的良好的運轉(zhuǎn)提供了堅實的保障。區(qū)別于采用照相機、攝像機，紅外等傳統(tǒng)信息采集設(shè)備，激光雷達擁有全天候24小時且不受天氣干擾等獨特的優(yōu)勢，它能夠精確快速地獲取目標物體的三維空間點云數(shù)據(jù)，對場景變化更準確的判斷。如今，地面激光雷達技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，多個國家成功地對建筑物遺跡和雕像進行了三維模型重建，實現(xiàn)了物體完整還原。與激光雷達技術(shù)的硬件發(fā)展相比，點云數(shù)據(jù)處理的技術(shù)相對滯后，點

2、云模型還很難應(yīng)用到實際的系統(tǒng)中，原因就是點云模型的體積等積分屬性很難計算。
　　體積是點云模型重要的幾何屬性，在許多應(yīng)用場景需要頻繁地計算點云模型的體積。目前，就點云模型而言，體積的計算首先要重構(gòu)點云曲面模型。但是使用重建曲面來計算體積的方法，把工作集中在重構(gòu)算法上，需要額外的消耗大量的運算時間與空間，這樣，對于只需要快速求取體積的應(yīng)用系統(tǒng)中多出了許多工作，也不滿足實時監(jiān)控系統(tǒng)的時間要求。其次，對于有較為復雜的拓撲結(jié)構(gòu)的點云模型，

3、重建曲面可能會失敗從而導致無法求取體積。
　　本文擬通過分析處理激光雷達所獲取的三維點云數(shù)據(jù)，建立對象物體點云模型，計算模型的體積、移動位移等物理屬性，按照危險狀況的檢測策略，對坡地塌方進行監(jiān)控，設(shè)計開發(fā)一套全天候、實時預警系統(tǒng)，以便及時的把危險信息發(fā)布出去，減少災害帶來的損失。論文詳細介紹了系統(tǒng)的設(shè)計方案，以及在實現(xiàn)中需要的應(yīng)用技術(shù)和相關(guān)算法。系統(tǒng)采用串口編程技術(shù)獲取激光雷達的數(shù)據(jù)和控制云臺，并使用多線程技術(shù)提高串口通信的效率和

4、解決多串口實時采集數(shù)據(jù)的問題。
　　對于點云數(shù)據(jù)，分析介紹了目前點云數(shù)據(jù)處理的一些算法，并設(shè)計了一種快速求取點云模型體積的方法，首先使用增量式算法計算點云的凸包用來近似物體，再將凸包分解成上下兩個三角網(wǎng)格面，使用投影法分別求取它們的投影體積，它們兩者之差即是所求模型體積。實驗表明該算法實現(xiàn)簡單，可快速地求解處理具有任何幾何和拓撲復雜性的點云模型。系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計方法，共分為信息采集模塊、信息處理模塊、分析預警模塊和信息傳輸模塊