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摘 要

土石方工程量的计算是各类大型工程项目的基础性工作，土方计算精度的准确性对时间和成本控制尤为重要，采用不同的方法进行土方计算，会得到不一样的结果。随着各种建设项目规模不断的扩展，人们对土方量计算精度方面有了更高的标准和要求，以尽可能满足项目成本精确预算控制，因此需要我们根据实际的工程项目来选择最适宜的计算方法和数据采集方式。

为制定合理工作进度安排，准确计算施工成本，提高工程质量，我们需要对土方量进行更加准确有效的计算。本文对土方计算方法中的方格网法、等高线法等进行了详细的总结分析，分析各计算方法的具体应用，详细介绍其各自计算原理和步骤，发现常规方法不能同时满足计算精度高、适用复杂地形的特点。

本文重点介绍使用三维激光扫描仪对校园内的土坡进行三维测量，结合SCENE对点云数据进行配准、去燥等预处理，运用C 和PCL点云库平台，实现点云数据格式转化、边界提取、图形可视化以及土方工程量计算，进而通过算法获得工程项目填方量和挖方量，并与传统方法计算所得到的结果进行对比验证。实验证明：基于地面三维激光扫描点云的土方计算不仅精度高，效率快，而且能够节省人力资源，从而满足各种工程建设需求。

关键词：地面三维激光扫描 点云 土方计算 PCL

The Earthwork calculation based on Point cloud of

ground three-dimensional laser scanning

Abstract

The calculation of earthwork quantity is the basic work of all kinds of large-scale projects, the accuracy of earthwork calculation is very important to time and cost control, and different methods are used to calculate earthwork. With the expansion of the scale of various construction projects, people have higher standards and requirements for calculating precision of earthwork, we need to choose the most suitable calculation method and data acquisition mode according to the actual project to meet the precise budget control of project cost.

In order to make reasonable work schedule, calculate the construction cost accurately and improve the engineering quality, we need to calculate the earthwork quantity more accurately and effectively. This paper makes a detailed summary and analysis of the grid method and contour method in earthwork calculation method, analyzes the concrete application of each calculation method, introduces its respective calculation principles and steps, and finds that conventional methods can not meet the characteristics of high computational accuracy and complex terrain.

This paper focuses on three-dimensional measurement of soil slopes in the campus using three-dimensional laser scanner, combined with scene to point cloud data registration, drying and other pretreatment, using C and PCL point cloud platform to achieve point cloud data format conversion, boundary extraction, graphic visualization and earthwork calculation, Through the algorithm, the filling quantity and the excavation quantity of the project are obtained, and the results obtained by the traditional method are compared and validated. The experiment shows that the earthwork calculation based on the TLS point cloud is not only of high precision and efficiency, but also can save human resources and meet the needs of various engineering construction.

Key Words: ground three-dimensional laser scanning; point cloud; earthwork calculation; PCL

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容 3

第二章 土方计算方法概述 5

2.1 传统土方计算 5

2.1.1 方格网法 5

2.1.2 不规则三角网法 6

2.1.3 等高线法 6

2.1.4断面法 6

2.2 地面三维激光扫描土方计算方法 7

第三章 数据采集与预处理 9

3.1测区概况 9

3.2数据采集 9

3.2.1准备工作 10

3.2.2扫描阶段 10

3.3 预处理 11

3.3.1点云配准 11

3.3.2点云格式转换 12

3.3.3基于PCL体素格滤波算法噪声去除 13

3.3.4 点云数据压缩 14

第四章 基于地面三维激光点云土方计算 15

4.1 点云可视化 15

4.2基于点云模型的孔洞修补 16

4.2.1 平均点间距计算 16

4.2.2边界特征点检测 16

4.2.3 孔洞修补 17

4.3基于贪婪三角形投影曲面重建 18

4. 4基于地面三维激光扫描土方计算 19

4.4.1基于格网法平均高程改进算法 19

4.4.2土方工程量计算 20

4.5常规方法土方计算 21

4.6 计算结果对比分析 22

第五章 结论 23

参考文献 24

致谢 26

附件 27

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

在建设工程项目前期土地整理中，土方量计算占据了较为重要的地位，土方量的大小与土地整理项目的投资密切相关。工程土方计算所需费用往往在整个土地整理项目费用中占据一半左右，使用不同的方法求取工程土方量，其结果也会不同，因此如何在项目进行前精确的对土地平整中挖填方量大小进行估算显得尤为重要^[1]。

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