點云拼接是三維激光掃描儀點云后處理流程中非常重要的一個步驟。

　　掃描作業過程中，受室內場景、視場角度、地物遮擋等因素限制，通常需進行多站掃描。作業過程需要通過拼接使點云形成整體，最后利用整體點云復原整個作業場景進行后續成果生產。因此，點云拼接的精度和效率直接影響后處理成果質量與效率。

　　目前，三維激光掃描儀點云常用拼接方式包括：多點拼接、標靶拼接、后視拼接以及全自動拼接。多點拼接選點數量多，影響拼接效率；后兩者需架設標靶或控制點，增加了外業負擔；全自動拼接對于外業采集要求較高，比如視覺追蹤技術需要在光線較好條件下進行、測站之間不能間隔太遠、重復區域要大、室內無法進行指北和定位等。

　　針對傳統地面站拼接中存在這些問題，海達數云“三維激光點云拼接軟件HD TLS Scene”新推出了一種簡便快速高精度的拼接方式——單點拼接技術。

　　一、技術原理

　　單點拼接技術僅需選擇一組同名點對，即可完成兩站點云拼接。

　　單點拼接算法處理流程主要由局部粗拼接、局部精度優化以及全局精度優化三個全自動步驟構成，依托于海達數云自研的多層級點云技術，能夠實現點云快速拼接。

單點拼接技術流程圖

　　二、技術特點

　　海云單點拼接技術，通過選擇一對同名點，使用局部粗拼接和兩步拼接優化相結合的方式，可快速完成多站點云的拼接。拼接后的點云整體重合精度高，同時具有選點少、場景穩定性高、拼接速度快、選點容錯性好等優點。

　　01、選點少

　　僅需要一對同名點，即可實現兩站點云精拼接，減少了選點的數量。當測站數量達到幾十甚至上百站時，效率提升非常明顯。

　　02、穩定性高

　　經過多種場景工程應用，該技術不僅能夠適應室內、戶外建筑、街道、立面等常見的場景，而且在許多復雜的場景中，仍然能夠獲得較高拼接質量的結果，具有良好的場景穩定性。

　　03、速度快

　　該技術基于海云多層級點云數據特性，一方面，滿足了多測站點云拼接的精度要求；另一方面，解決了海量點云拼接所帶來的耗時長問題，對于高密度掃描測站依然能夠快速地獲得高精度的拼接結果。

　　經過七組場景點云測試。其中，每組場景存在多個測站，對每組場景多個拼接對時間進行統計，結果如下表所示。

　　最長耗時為7.17s，平均最長耗時為1.6s，不超過2.0s。（拼接內存占用最高不超過800M）

　　04、選點容錯性好

　　該技術選點容錯性好，當同名點選點誤差處于一定范圍內時，如下圖所示，配準站中綠色圈內點為正確同名點，選擇紅圈中具有一定誤差的點進行拼接，仍可獲得正確的拼接結果。

　　05、拼接精度高

　　單點拼接技術，經過多種場景工程應用驗證，兩站點云拼接精度可達到1cm精度水平。

　三、工程應用

　　01、戶外場景

　　該組為某電力項目點云，特點是場景范圍大，存在建筑、電力塔等許多標志性地物，特征點較多并且點云有效重疊度高。

　　電力塔場景-拼接前（整體）

　　電力塔場景-拼接后（整體）

　　電力塔場景-拼接后（局部-電力塔）

　　電力塔場景-拼接后（局部-電力線）

　　02、地下停車場場景

　　該組場景為地下停車場點云，特點是場景較小，點云以面狀結構為主，特征點主要為墻壁角點、消防箱等物體，相似度高。

　　地下停車場-拼接前（整體）

　　地下停車場-拼接后（整體）

　地下停車場-拼接后（局部俯視圖）

　　03、外立面場景

　　該組為某外立面改造項目點云，場景主要為大片面狀結構，首先，平面點云缺少特征信息。其次，由于掃描角度、場景限制等原因，建筑正面點云密度高，而側面點云稀少，無法提供側面約束，傳統拼接結果易產生水平偏移。

　　外立面-拼接前（整體）

外立面-拼接后（整體）

　外立面-拼接后（局部-陽臺）

　　綜上所述，海達數云這次推出的激光點云單點拼接新技術，具有簡便、快速、精度高等特點，大幅提升點云拼接效率，可廣泛適用于各種室內外場景。