点云拼接是三维激光扫描仪点云后处理流程中非常重要的一个步骤。

　　扫描作业过程中，受室内场景、视场角度、地物遮挡等因素限制，通常需进行多站扫描。作业过程需要通过拼接使点云形成整体，最后利用整体点云复原整个作业场景进行后续成果生产。因此，点云拼接的精度和效率直接影响后处理成果质量与效率。

　　目前，三维激光扫描仪点云常用拼接方式包括：多点拼接、标靶拼接、后视拼接以及全自动拼接。多点拼接选点数量多，影响拼接效率；后两者需架设标靶或控制点，增加了外业负担；全自动拼接对于外业采集要求较高，比如视觉追踪技术需要在光线较好条件下进行、测站之间不能间隔太远、重复区域要大、室内无法进行指北和定位等。

　　针对传统地面站拼接中存在这些问题，海达数云“三维激光点云拼接软件HD TLS Scene”新推出了一种简便快速高精度的拼接方式——单点拼接技术。

　　一、技术原理

　　单点拼接技术仅需选择一组同名点对，即可完成两站点云拼接。

　　单点拼接算法处理流程主要由局部粗拼接、局部精度优化以及全局精度优化三个全自动步骤构成，依托于海达数云自研的多层级点云技术，能够实现点云快速拼接。

单点拼接技术流程图

　　二、技术特点

　　海云单点拼接技术，通过选择一对同名点，使用局部粗拼接和两步拼接优化相结合的方式，可快速完成多站点云的拼接。拼接后的点云整体重合精度高，同时具有选点少、场景稳定性高、拼接速度快、选点容错性好等优点。

　　01、选点少

　　仅需要一对同名点，即可实现两站点云精拼接，减少了选点的数量。当测站数量达到几十甚至上百站时，效率提升非常明显。

　　02、稳定性高

　　经过多种场景工程应用，该技术不仅能够适应室内、户外建筑、街道、立面等常见的场景，而且在许多复杂的场景中，仍然能够获得较高拼接质量的结果，具有良好的场景稳定性。

　　03、速度快

　　该技术基于海云多层级点云数据特性，一方面，满足了多测站点云拼接的精度要求；另一方面，解决了海量点云拼接所带来的耗时长问题，对于高密度扫描测站依然能够快速地获得高精度的拼接结果。

　　经过七组场景点云测试。其中，每组场景存在多个测站，对每组场景多个拼接对时间进行统计，结果如下表所示。

　　最长耗时为7.17s，平均最长耗时为1.6s，不超过2.0s。（拼接内存占用最高不超过800M）

　　04、选点容错性好

　　该技术选点容错性好，当同名点选点误差处于一定范围内时，如下图所示，配准站中绿色圈内点为正确同名点，选择红圈中具有一定误差的点进行拼接，仍可获得正确的拼接结果。

　　05、拼接精度高

　　单点拼接技术，经过多种场景工程应用验证，两站点云拼接精度可达到1cm精度水平。

　三、工程应用

　　01、户外场景

　　该组为某电力项目点云，特点是场景范围大，存在建筑、电力塔等许多标志性地物，特征点较多并且点云有效重叠度高。

　　电力塔场景-拼接前（整体）

　　电力塔场景-拼接后（整体）

　　电力塔场景-拼接后（局部-电力塔）

　　电力塔场景-拼接后（局部-电力线）

　　02、地下停车场场景

　　该组场景为地下停车场点云，特点是场景较小，点云以面状结构为主，特征点主要为墙壁角点、消防箱等物体，相似度高。

　　地下停车场-拼接前（整体）

　　地下停车场-拼接后（整体）

　地下停车场-拼接后（局部俯视图）

　　03、外立面场景

　　该组为某外立面改造项目点云，场景主要为大片面状结构，首先，平面点云缺少特征信息。其次，由于扫描角度、场景限制等原因，建筑正面点云密度高，而侧面点云稀少，无法提供侧面约束，传统拼接结果易产生水平偏移。

　　外立面-拼接前（整体）

外立面-拼接后（整体）

　外立面-拼接后（局部-阳台）

　　综上所述，海达数云这次推出的激光点云单点拼接新技术，具有简便、快速、精度高等特点，大幅提升点云拼接效率，可广泛适用于各种室内外场景。