人们在观察、认识、欣赏真实世界中的对象时,总是以其中的某个面或者某条线作为参考基准,比如人们习惯用直立、两眼平视的角度去观察和认识物体,但是当使用三维激光扫描技术进行真实世界物体观测、建模和模型分析以及改进物体设计时,人们希望对三维模型的视觉感受与在真实世界中的视觉感知一致,然而扫描仪采集的数据以及拼接坐标系往往不是理想的,即使采用定向标靶对点云进行绝对定向,由于缺乏约束条件,或者定向标靶在扫描过程中由于场景条件限制造成的几何分布形状奇异和不能大量布设的问题,也很难保证定向的高精度,并且这种基于六参数、七参数和十三参数等的点云三维定向方法效率低下。对于大型扫描任务来讲,布设大量的标靶也会带来较大的工作量。本文主要针对布设少量定向标靶的情况下进行的三维激光扫描点云数据的采集,而在布设少量标靶且几何分布形状不理想的扫描点云采集过程中,扫描仪竖轴倾斜引起的点云倾斜就会成为制约高精度点云拼接以及定向的关键因素,尤其是在高精度的扫描工程应用中,竖轴倾斜引起的扫描点坐标误差是无法容忍的,这就需要一种对点云倾斜引起的扫描点位移传播规律进行深入研究,然后通过对其倾斜纠正以及平移,实现快速、高精度的点云定向。本文的研究内容主要包括以下几个方面:⑴针对点云倾斜着重探究了其产生的原因,以及提出描述倾斜的4个角量,并推演了各倾斜量与扫描点坐标偏移量之间的误差传播规律,根据其规律进一步探讨点云倾斜对点云后处理(如点云拼接或定向等)的精度影响;⑵根据点云倾斜的描述量,进而建立点云倾斜的数学模型,同时提出了三种点云倾斜诊断的方法,以RIEGL VZ-1000为例,制定了倾斜谱,为工程应用中三维激光扫描仪检校提供了理论基础。⑶对于只能布设少量标靶的扫描数据采集(如楼房林立的城市点云扫描)来讲,点云倾斜会直接对点云内业预处理精度产生较大影响,本文针对点云倾斜的危害,提出一种点云纠正算法,根据点云中地物线或者面特征点,通过相关算法对倾斜的点云进行纠正定向,并提出两套针对棱线的点云定向方法,从而完成点云的快速、高精度定向。