毕业论文课题相关文献综述

一、研究背景

21世纪是以知识创新和应用为重要特征的信息化时代，随着国家教育信息化建设的推进，信息技术革命突破了人类活动的时空障碍。目前，信息建设迅速发展，网络的开放性、交互性、共享性、超媒体等优势，不但可以丰富研究方式、加强资源共享，而且能够传播各种三维信息。

三维激光扫描作为一种新型的测量技术，在20世纪90年代引入中国。该技术也称为实景复制技术，可对实物进行数字化，快速获取物体表面大量点的三维坐标(称为点云)，以帮助人们迅速描绘和量化复杂环境，实现了实时获取空间立体数据的革命性飞跃。由于该技术具有数据获取速度快、实时性强、数据量大、精度较高、全数字特征，以及信息传输、加工、表达容易等特点，因此已成为获取研究现实场景3D信息的一种快速手段，受到许多3D建模研究人员的关注。

在国外，美国、德国、英国、日本、韩国等国家在三维激光扫描点平面拟合技术方面的研究做的相对成熟。国外对于激光扫描3D建模的研究起步较早，技术已较成熟，如美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施数字化米开朗基罗项目；英国自然历史博物馆利用三维扫描仪对文物进行扫描，将其立体色彩数字模型送到虚拟现实系统中，建立了虚拟博物馆^[1]。在国内，三维激光扫描点平面拟合技术起步相对国外比较晚，但也已经广泛的应用于建筑物的变形监测等领域，并且处于飞速发展之中。

二、研究意义

最小二乘法是一种数字优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配，可以简便的求出未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。但最小二乘法不能得到无理数根这样的确定解。经典测量平差方法是假设观测误差服从正态分布，以观测值的加权最小二乘条件为目标函数，以观测值与参数之间的函数模型线性化为约束条件，并根据约束条件的不同形式得到各种平差模型。近年来虽然出现了一些扩展模型，但应用上仍相对较少^[4]。总体最小二乘方法是一种能包含所有变量误EIV(errors in all variables)线性模型中参数的一种新的平差方法^[5] 。与最小二乘方法的最大区别是，它不但考虑到了观测值的误差，还同时顾及了系数矩阵的误差。考虑了系数阵误差的总体最小二乘方法可以得到比最小二乘更加合理的结果。但普通最小二乘法将得不到稳定的解，且估值的均方误差比较大。

三、点云平面拟合在三维激光扫描仪变形监测中的应用

变形监测是利用测量与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作，是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段。现有的变形监测手段有: GPS、全站仪、水准仪、测量机器人等。这些方法的运用可以测量到比较精确的点位位移。但对建筑物的整体变形，比如整个墙面的倾斜，房屋结构的形变缺乏整体分析。三维激光扫描测量技术，给我们解决变形监测问题带来了新的思路。三维激光扫描仪不但可以测量单点的坐标，更重要的是它能以点云的方式获取几乎整个观测目标表面的空间信息，能较好地观测出目标的整体空间姿态，分析出建筑物的整体变形。同时，三维激光扫描仪工作的时候不用在观测目标上设置观测站点，这就为观测不能涉足的目标(比如地震后的危房)提供了较好的帮助。

平面拟合精度评定包括影响平面拟合精度的因素分析、平面拟合的精度评定方法和平面拟合的建模精度和单点定位精度的比较。该方法具体应用于：

(1) 墙面倾斜度测定。求墙面的倾斜度就是求出墙面拟合平面和水平面的夹角，即是墙面的倾斜。