现有边界点排序算法在处理具有多个轮廓边界的点云切片数据时,存在无法区分各个边界、生成异常边界多边形和截面面积计算错误等问题,导致体积测量精度较低。为此,提出一种顾及截面中多轮廓边界分割的点云切片改进法,用于不规则体体积高精度测量。该方法首先通过欧氏聚类或多边形拆分再重组法将切片中多个边界一一分开;然后由PNPoly算法理清边界多边形之间的包含关系并计算截面区域面积;最后依切片顺序累加算得点云体积(即物体体积)。采用多组数据对比分析所提两种边界分割方法的有效性和准确性,及体积测量精度和效率。实验结果表明,多边形拆分再重组方法边界分割正确率高、适用性强,且体积测量精度稳定可靠、用时少(三组数据体积计算相对误差分别为0.0901%、0.0557%和0.0289%,计算用时分别为2.229 s,33.732 s和327.476 s),达到了体积高精度测量目的。

为了解决地磅在煤矸石装载量称重中效率低、成本高等问题, 提出了一种基于激光三角法的非接触式煤矸石装载体积测量方法。首先通过CCD相机实时采集激光器投射在满载煤矸石的运动车厢表面的激光条纹信息, 并采用中值滤波和基于Otsu算法的阈值分割法对图像进行预处理, 实现图像有效区域的提取; 然后使用基于骨架的灰度重心法提取激光条纹的中心线; 最后采用黎曼积分计算车辆的煤矸石装载量。结果表明, 此系统结果误差控制在4%以内, 符合系统运行要求, 证实了该测量方法的可行性与实用性。该研究为复杂环境下公路运输管理的装载量测量提供了参考。

为了克服传统散货堆体积测量方法效率低下的不足，设计并实现了一套基于三维激光扫描的散货堆建模系统，使得操作者仅需手提扫描设备绕行被测货堆一周便可快速获得细节特征明显的三维模型。该系统以二维激光扫描仪为核心对散货堆形貌进行测量，辅以高精度传感器跟踪扫描仪的位置和姿态，进而整合离散的扫描点形成建模所需的三维点云。数据处理过程中，根据激光扫描仪特性和货堆结构特点进行了算法优化，降低了扫描点降噪消耗的时间，提高了三维建模和体积计算的效率。对多个3 000～30 000 m3煤垛的测量实验表明，该套系统仅需几分钟即可完成对大型散货堆的三维建模，时间长短主要取决于操作者围绕货堆的步行速度，而测量结束后的20 s之内就能够给出三维模型和体积计算结果，精度可达0.75%以内。

针对现有散货测量系统对堆场环境适应性差、盘点时间长、效率低、操作复杂等不足, 提出了一种散货堆体积快速测量方法。同时, 利用二维激光扫描仪、差分GPS和姿态测量系统设计了一种体积测量系统。该系统用激光扫描仪动态测量堆体表面的几何信息, 用姿态测量系统实时测量扫描仪的空间姿态数据, 用GPS测出扫描仪在测量过程中的三维位置; 最后通过数据融合计算形成堆体的三维点云, 利用点云获得散货堆体积。文中基于单条堆体轮廓点云特征, 提出快速堆体下边缘查找算法来去除扫描过程中地面点云的误差影响; 采用投影剖分法完成完整堆体点云计算体积。实验显示, 利用本文设计的测试系统可在30 s内完成体积为69 m3的标准堆体测量, 平均相对误差为0.42%, 重复测量误差为0.41%。在实际散货堆实验中, 可在10 min内完成大小约为31 500 m3的散货堆测量, 4个不同料堆体积测量的平均重复测量误差为0.74%。结果表明, 本方法可在保证测量精度的同时, 简单、高效地测量散货堆体积。

快速准确地测量大型地下能源储库群容积，不仅是检验工程设计和施工建设成果科学合理性的一种方法，也是能源储运工程的基本要求和油库运行期间动态调控的基础。为了快速精确获取储库群容积和厘米级的高程-容积曲线，研发了基于断面的激光精细测量系统(LSMS)，建立了相应的数据处理方法。并成功将其应用到某地下能源储库的容积测量中，获得了厘米级的高程-容积曲线，通过回归计算，获得了容积真值，容积测量精度达到-0.06%，优于规范要求一个数量级。最后，结合全站仪和基站式三维激光扫描仪(TLS)的实验数据，对8个技术指标进行了对比分析，验证了激光精细测量系统及相应的数据处理方法的可行性和正确性。

针对工业应用中工件的体积测量问题，设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹，精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理，由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标，完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下，经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建，并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性，在工业检测领域有较好的应用前景。

为提高激光传感三维测量系统的测量效率和系统适应性，提出一种基于结构化参数的激光三维测量系统的在线标定方法。该方法通过对已知参数的结构化标定板进行扫描和测量，分别建立其在激光扫描器坐标系和惯性测量传感器坐标系内的模型，提取被扫描面上的直线特征，利用结构参数约束条件解算出相对位姿关系。在不同工况下进行在线标定测量实验，标定出系统初值并进行实物测量和实验分析，在线测量的平均相对误差小于0.9%，实验结果表明提出的标定测量方法具有较高的准确性和适应性。

高速公路“绿色通道”检查中, 利用比重法检查违规货品, 其中准确获得货车车厢体积是实现该检测方法的前提。为了能准确地测量货车车厢体积, 需要对基于激光三角法的货车体积测量系统进行标定。通过对摄像机内外参数和激光面进行标定, 就可以完成对货车车厢体积准确的测量。

针对工程应用中常见的轴向变化剧烈工件，研究一种Zernike矩亚像素层间拟合轮廓旋转积分的高精度体积测量算法。首先用Zernike矩方法提取亚像素级轮廓，其次采用多项式拟合切片轮廓，并进行等相角间隔采样；然后对等相位的轮廓点采用多项式拟合并通过外插法自动预测工件顶端，将各拟合轮廓旋转一个相角，对旋转块积分并累加得到待测工件的体积。分别对体积相等的3个试块进行CT扫描测量实验，结果表明该算法的测量误差低于0.7%；对实际含内腔工件进行测量实验，结果表明该算法测量精度是Canny台体法的1.5倍。

针对当前大型露天料场测量由于没有载体安装测量设备而采用人工测点测量方法导致效率低、周期长、精度差和人为影响大的问题，提出了在车载平台上安装伸缩机构，集成激光扫描仪、惯性制导、全球定位系统和电子云台，对料场采用分区独立扫描测量，统一坐标变换合并的方法，快速获取料场三维坐标数据，准确计算料场体积从而实现储量换算，实验条件下绝对精度达0.4%。露天堆场现场测试表明8000 m2分十区测量能在1 h内完成，重复测量误差小于0.9%，矿山测量没有现场实验，依据设备参数推算精度要低于以上结论，但能满足行业测量需要。该方法有效解决了散堆露天料场的测量问题，能广泛应用于露天堆场、矿山测量，具有良好的应用前景和推广价值。