激光雷達(dá)測量技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)大綱一、基本信息課程編號20321222課程中文名稱激光雷達(dá)測量技術(shù)與應(yīng)用課程英文名稱TheLaserRadarSurveyingTechnology課程類別通識(shí)教育（）大類基礎(chǔ)（）專業(yè)核心（）專業(yè)方向（√）課程性質(zhì)必修（√）任選（）適用專業(yè)測繪工程總學(xué)時(shí)32學(xué)分2先修課程數(shù)字地形測量學(xué)、大地測量學(xué)基礎(chǔ)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、攝影測量基礎(chǔ)、工程測量學(xué)并修課程不動(dòng)產(chǎn)測量與管理開課單位測繪與城市空間信息學(xué)院測繪工程系本課程對畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)掌握激光雷達(dá)測量技術(shù)與三維建模技術(shù)的基本原理與方法，熟悉激光雷達(dá)測量技術(shù)的軟、硬件環(huán)境，熟練掌握相關(guān)軟件的功能和相關(guān)操作命令，并能夠熟練運(yùn)用相關(guān)軟件構(gòu)建實(shí)體三維仿真模型并在實(shí)際中進(jìn)行應(yīng)用。二、教學(xué)目的與任務(wù)通過本課程理論知識(shí)傳授及實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生能掌握激光雷達(dá)測量技術(shù)與三維建模技術(shù)的基本原理與方法，熟悉激光雷達(dá)測量技術(shù)的軟、硬件環(huán)境，熟練掌握相關(guān)軟件的功能和相關(guān)操作命令，并能夠熟練運(yùn)用相關(guān)軟件構(gòu)建實(shí)體三維仿真模型并在實(shí)際中進(jìn)行應(yīng)用，使學(xué)生掌握基本的創(chuàng)新方法，培養(yǎng)學(xué)生追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)，提高學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力，培養(yǎng)學(xué)生具有綜合應(yīng)用現(xiàn)代科技手段獲取與處理信息的能力，并掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用，學(xué)生在掌握扎實(shí)的激光雷達(dá)測量技術(shù)相關(guān)的專業(yè)理論與技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，并能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析等。主要教學(xué)任務(wù)包括：重點(diǎn)詳細(xì)講解激光雷達(dá)測量技術(shù)的基本原理及激光雷達(dá)測量系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備等；詳細(xì)講解利用三維激光掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法、過程及注意事項(xiàng)等；重點(diǎn)詳細(xì)講解利用激光雷達(dá)數(shù)據(jù)建立點(diǎn)云模型的方法；詳細(xì)講解基于影像獲取點(diǎn)云的原理及方法；重點(diǎn)詳細(xì)講解三維實(shí)體模型重構(gòu)的理論與方法；詳細(xì)講解建立三維仿真模型的原理和方法；詳細(xì)講解激光雷達(dá)測量技術(shù)的應(yīng)用等。本課程支撐培養(yǎng)方案培養(yǎng)規(guī)格和基本要求的第3條、第5條。（第3條，具有較強(qiáng)的空間信息獲取和數(shù)據(jù)處理分析能力；要求學(xué)生掌握控制測量、工程測量、不動(dòng)產(chǎn)測量、地理信息工程、攝影測量以及遙感圖象處理的理論和方法；具有綜合利用地面測量和空間測量等現(xiàn)代測量方法與手段獲取地球空間信息的能力；第5條，具有繼續(xù)學(xué)習(xí)能力和國際交流能力，了解現(xiàn)代城市測繪、精密工程與工業(yè)測量等領(lǐng)域的理論前沿及發(fā)展動(dòng)態(tài)；掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法，具有較高的工程素質(zhì)、實(shí)踐能力和較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)。）三、教學(xué)內(nèi)容與要求（一）第一章緒論2學(xué)時(shí)1、激光雷達(dá)測量技術(shù)的相關(guān)概念、基本原理、激光雷達(dá)測量系統(tǒng)的構(gòu)成、分類、激光雷達(dá)測量數(shù)據(jù)建模的軟硬件設(shè)備及應(yīng)用領(lǐng)域等；2、攝影測量相關(guān)概念、基本原理及多源數(shù)據(jù)獲取的重要性；3、三維重建的基本概念、基于點(diǎn)云進(jìn)行三維重建的相關(guān)算法及應(yīng)用。要求：重點(diǎn)掌握激光雷達(dá)測量技術(shù)的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成，了解該技術(shù)所需的硬件設(shè)備和軟件環(huán)境及應(yīng)用等。（二）第二章激光雷達(dá)點(diǎn)云4學(xué)時(shí)1、點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，詳細(xì)講解整體的分析設(shè)計(jì)、控制方案和掃描方案的設(shè)計(jì)、儀器選擇等相關(guān)問題；2、點(diǎn)云去噪，詳細(xì)分析噪聲的來源及去除噪聲方法等；3、點(diǎn)云平滑，詳細(xì)講解點(diǎn)云平滑的目的及相關(guān)算法等。要求：了解數(shù)據(jù)采集的整體流程、方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容，熟練使用相關(guān)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；了解點(diǎn)云噪聲來源，掌握點(diǎn)云數(shù)據(jù)平滑去噪的方法等。本章重點(diǎn)是掌握獲取完整激光點(diǎn)云模型的流程、儀器操作方法和數(shù)據(jù)處理方法等。（三）第三章攝影測量點(diǎn)云4學(xué)時(shí)1、影像獲取，系統(tǒng)全面的講解影像平臺(tái)、單張影像和序列影像獲取的方法及相關(guān)問題等；2、影像匹配，詳細(xì)講解影像匹配的過程和方法，主要內(nèi)容有影像濾波、特征提取、影像匹配算法及影像密集匹配；3、影像點(diǎn)云，詳細(xì)講解基于影像獲取三維點(diǎn)云的基本原理。要求：了解和掌握生成攝影測量點(diǎn)云的基本原理和方法。本章重點(diǎn)是掌握基于影像生成攝影測量點(diǎn)云的基本原理及軟件操作方法。（四）第四章點(diǎn)云配準(zhǔn)與融合6學(xué)時(shí)1、激光點(diǎn)云配準(zhǔn)，詳細(xì)介紹不同測站獲取的激光點(diǎn)云配準(zhǔn)的基本原理及相關(guān)算法；2、影像點(diǎn)云與激光點(diǎn)云配準(zhǔn)，詳細(xì)講解兩種數(shù)據(jù)源的點(diǎn)云配準(zhǔn)的基本原理；3、點(diǎn)云融合，詳細(xì)講解融合的相關(guān)概念及想法算法。要求：掌握點(diǎn)云配準(zhǔn)和融合的基本原理、相關(guān)算法等內(nèi)容。本章重點(diǎn)是掌握幾種典型的算法原理和軟件操作方法。（五）第五章幾何重建8學(xué)時(shí)1、點(diǎn)云分割，詳細(xì)講解特征提取的方法及基于特征的分割算法；2、結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何，詳細(xì)介紹相關(guān)概念、基于點(diǎn)云構(gòu)建結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何模型的相關(guān)算法；3、深度圖像，詳細(xì)講解深度圖像的概念、基本思想及基于點(diǎn)云構(gòu)建深度圖像的方法等；4、不規(guī)則三角網(wǎng)，詳細(xì)講解相關(guān)概念、三角剖分準(zhǔn)則、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及基于三維散亂點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)的方法等。要求：掌握基于點(diǎn)云模型構(gòu)建三維實(shí)體模型的機(jī)理及涉及到的數(shù)據(jù)處理的算法原理以及相應(yīng)的軟件操作方法。本章重點(diǎn)掌握深度圖像和不規(guī)則三角網(wǎng)模型建模方法。（六）第六章紋理重建4學(xué)時(shí)1、影像定向，詳細(xì)講解影像定向的基本原理及參數(shù)求解方法；2、紋理映射，重點(diǎn)詳細(xì)講解深度圖像紋理映射基本原理及算法；3、紋理接邊，詳細(xì)分析紋理接邊的必要性及相關(guān)算法原理等；4、紋理鑲嵌，詳細(xì)分析紋理鑲嵌的必要性及相關(guān)算法原理等。要求：掌握基于三維幾何模型和紋理數(shù)據(jù)構(gòu)建三維仿真模型的機(jī)理及涉及到的數(shù)據(jù)處理的算法原理以及相應(yīng)的軟件操作方法。本章重點(diǎn)掌握紋理映射的原理、實(shí)現(xiàn)方法等。（七）第七章工程應(yīng)用4學(xué)時(shí)1、國家體育場（鳥巢）安裝數(shù)字化測量與三維建模；2、天津西站高鐵站房工程；3、故宮古建筑三維重建；4、后母毋鼎精細(xì)三維重建。要求：全面系統(tǒng)的掌握現(xiàn)代建筑施工監(jiān)測及文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域等相關(guān)項(xiàng)目的整體流程、數(shù)據(jù)采集方法、數(shù)據(jù)處理及成果質(zhì)量的評定等相關(guān)內(nèi)容。本章重點(diǎn)從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，基于特定工程的相關(guān)要求，將前面幾章的知識(shí)綜合起來，達(dá)到滿足實(shí)際需求的目的。四、學(xué)時(shí)分配表內(nèi)容講授實(shí)驗(yàn)上機(jī)延續(xù)課外學(xué)時(shí)小計(jì)（一）緒論22（二）激光雷達(dá)點(diǎn)云224（三）攝影測量點(diǎn)云44（四）點(diǎn)云配準(zhǔn)與融合426（五）幾何重建628（六）紋理重建224（七）工程應(yīng)用44總計(jì)24832五、主要教學(xué)方法本課程具有較強(qiáng)的理論和實(shí)踐特點(diǎn)，采用多媒體、板書、錄像、教具、儀器等多種教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，傳授知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提升學(xué)生綜合應(yīng)用現(xiàn)代科技手段獲取與處理信息的能力，并掌握現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)在測繪工程中應(yīng)用。1．知識(shí)傳授通過課堂講授、答疑、做練習(xí)、綜合訓(xùn)練進(jìn)行教學(xué)，傳授激光雷達(dá)測量技術(shù)和三維重建相關(guān)知識(shí)。在課堂講授中，突出重點(diǎn)，條理清楚，并結(jié)合具體案例講解相關(guān)內(nèi)容。在實(shí)踐教學(xué)中，模擬實(shí)際項(xiàng)目安排綜合性實(shí)驗(yàn)，包括外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。2．能力培養(yǎng)在教學(xué)中，通過綜合講授式、啟發(fā)式、實(shí)驗(yàn)式、討論式等多種教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情及興趣，提高學(xué)生獲取知識(shí)、理解知識(shí)的能力，通過對學(xué)生傳授本課程最新理論前沿知識(shí)及發(fā)展動(dòng)態(tài)，提高學(xué)生不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力，培養(yǎng)學(xué)生具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力等；通過實(shí)踐教學(xué)，通過與工程案例相結(jié)合，提高學(xué)生實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，實(shí)習(xí)按組進(jìn)行，每人獨(dú)立完成實(shí)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、組織能力及人際交往能力等，使學(xué)生培養(yǎng)成具有專業(yè)技術(shù)和創(chuàng)新思維的人才。3．素質(zhì)提升通過教師敬業(yè)愛崗、誨人不倦的教學(xué)態(tài)度和以身作則、為人師表的形象，在教學(xué)中潛移默化地滲入職業(yè)道德的教育，提升學(xué)生道德素養(yǎng)；通過教師高水平的文化素養(yǎng)激發(fā)學(xué)生掌握扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和不斷學(xué)習(xí)、追求創(chuàng)新的意識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生文化素養(yǎng)；通過實(shí)踐與工程案例相結(jié)合，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生的能力素質(zhì)；通過培養(yǎng)學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，尊重?cái)?shù)據(jù)、對成果負(fù)責(zé)，提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感；通過教育學(xué)生不怕吃苦、做事耐心細(xì)致、做人誠實(shí)正直、與人為善等培養(yǎng)學(xué)生具有良好的心理素質(zhì)等。六、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與要求1、相關(guān)儀器的認(rèn)識(shí)與數(shù)據(jù)采集的實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)要求了解相關(guān)三維空間數(shù)據(jù)采集儀器的相關(guān)構(gòu)件、操作方法，并可獨(dú)立采集數(shù)據(jù)。2、點(diǎn)云模型建立的實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)要求理解構(gòu)建點(diǎn)云模型的基本原理，掌握構(gòu)建點(diǎn)云模型相關(guān)軟件的使用方法、數(shù)據(jù)去噪和精簡等數(shù)據(jù)預(yù)處理方法等。3、三維模型重構(gòu)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)要求掌握構(gòu)建不同類型三維幾何模型的重構(gòu)方法、原理及軟件實(shí)現(xiàn)方法。4、三維模型加載紋理的實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)掌握在三維幾何模型中加載材質(zhì)和紋理的基于原理及軟件操作方法。七、考核與成績評定本門課程采用多種考核方法相結(jié)合，多方面考核學(xué)生的掌握情況，采用百分制評定成績。具體方法：總評成績=平時(shí)成績×15%+實(shí)驗(yàn)成績×15%+期末考試成績×70%。期末考試(占70%)采用半開卷的方式。試卷將考查本課程中的主要知識(shí)點(diǎn)，重點(diǎn)考查學(xué)生基本概念、基本知識(shí)以及應(yīng)用的能力。平時(shí)成績(占15%)平時(shí)成績主要從平時(shí)的出勤、作業(yè)、課堂回答問題等多方面進(jìn)行考核。平時(shí)無故缺勤、作業(yè)沒有按時(shí)交、課堂回答問題不正確而且課下不參加答疑活動(dòng)的都要記入考核項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)成績(占15%)實(shí)驗(yàn)成績主要從平時(shí)的出勤、完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的優(yōu)劣等多方面進(jìn)行考核。最終要上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八、大綱編制說明依據(jù)2016版測繪工程專業(yè)本科培養(yǎng)方案編寫。九、教材及參考書目（一）自編教材王