优化单站地面Lidar点云数据结构的标题

地面Lidar测量时，扫描仪一般固定放置，通过围绕激光中心的垂直轴旋转一周来获取激光点云数据。其工作原理示意图如图4-6所示，其扫描方式为沿着垂直与水平的方向一列一列顺序进行，从图上可以看出P1和P2点位于同一条扫描线上，而P2点和P3点分别属于两条相邻的扫描线，P1点、P2点以及P3点的邻接拓扑关系通过扫描线的相邻拓扑关系以及点与点之间的相邻关系反映出来，从图上可以看出，这种邻接拓扑关系反映的是真实的点与点之间的物理存在关系，因此，如果能够利用这种重要的邻接拓扑关系进行点云的后续计算和处理，可以提高计算时寻找点云的效率和准确性。

图4-6　点云数据点之间的拓扑关系

目前主流的地面三维激光扫描仪都可以将获取的点云数据保存为*.PTX格式，此格式数据的优点在于，它可以保存扫描过程中的扫描线信息，从而保存扫描线之间的拓扑关系，这在后续进行散乱点云最近邻搜索和点云分组聚类时是极为重要的信息。

*.PTX数据格式是点云数据的文本交换格式，由文件头和数据内容两部分组成。它利用单站扫描的概念，每站的点云数据定义在各自的坐标系内，最后将所有这些点云数据配准到一个坐标系内。每个点的数据和信息都存储在它们各自原始的坐标系内，每个点的旋转矩阵也存储在文件头中。其点云数据的文件头格式为：

第一行：行数，表示水平方向扫描线条数。

第二行：列数，表示垂直方向扫描线条数。(www.xing528.com)

第三行到第六行：一个4×3的矩阵，表示扫描仪的位置和配准后X轴Y轴和Z轴的旋转矩阵。

第七行到第十行：4×4的全局变换矩阵，用于每个点的坐标变换。

第十一行开始记录文件的数据内容，一个*.PTX文件可以含有一个或多个点云数据块。每一个数据块都以一个文件头作为开始，当点云数据从数码相机获得了RGB颜色信息时，*.PTX数据通常含有7列：X，Y，Z，反射强度，R，G，B。RGB信息从0到255。当点云数据中没有RGB颜色信息时，*.PTX数据通常含有4列：X，Y，Z，反射强度。其中强度信息通常为0到1之间的小数。同一条扫描线上每个指标的取值之间用空格隔开，坐标系的单位为米。每个点云数据是“完全增长”的，即如果遗漏了点或由于反射率太低等原因造成没有激光数据反射回来，也要用（0，0，0，0.5，0，0，0）在坐标系的这条扫描线内进行补齐（各种扫描仪补齐的数值略有差别）。这样做的目的是在导入*.PTX文件时，有足够的信息去存储点云中原始扫描线的顺序，这种组织方式在后续法向量的统计聚类中将会被用到。

图4-7是*.PTX文件结构示意图。