[發明專利]一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法

有效

• 申請號: 201710705120.5
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107577720B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 劉曉陽;喬智;呂紅杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G06F16/51
• 分類號: G06F16/51;G06T17/20;G06Q50/02
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• 代理人: 暫無信息

1.一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，步驟如下：

(1)劃分巷道空間區域，即根據對巷道和其各分支實測出的邊界，將巷道所在的空間分別劃分成多個封閉區域；

(2)根據所劃分的巷道空間區域，構造區域樹拓撲結構，即通過樹型結構來表達巷道邊界線劃分的區域，一個所述封閉區域映射一個區域樹；

(3)提取巷道點云中軸線；

(4)根據區域樹，分別建立巷道點云與中軸線距離之間的對應關系；

(5)沿中軸線根據巷道點云與中軸線距離的不同，對巷道點云進行區域分割；

(6)在查詢巷道點云數據內的某一點時，在巷道區域樹中查找出該點所在的區域對應的標簽，以此標簽確定其在區域樹的某一節點，再在該節點內判斷搜索所查詢點位于哪個被分割的區域內，最后在該分割區域內搜索即可快速查找出被查詢點。

2.根據權利要求1所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，步驟(2)中，所述區域樹包括節點，所述節點包括根節點和子節點，區域樹的節點表示區域的內、外邊界，即巷道的底板邊界，區域樹的根節點表示該區域的最外圍邊界，子節點表示區域內部的孔、島邊界。

3.根據權利要求2所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，所述區域樹節點之間的上下層次關系表示邊界的包含關系，同層節點表示邊界的并列關系；

邊界是有方向性的，并對邊界方向作如下規定：區域最外圍邊界的走向為逆時針方向，內部孔洞邊界沿順時針方向，島邊界沿逆時針方向。

4.根據權利要求1所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，步驟(3)中，采用將巷道點云水平面投影的邊緣點進行二次曲線擬合的方法來提取巷道中軸線。

5.根據權利要求4所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，通過二次曲線擬合提取中軸線的具體方法為：

(1)將獲取的巷道點云中的一個區域投影至坐標系的XOY面內，通過對投影在平面上的點云數據進行坐標變換，使巷道中軸線與X軸平行；

(2)沿X軸方向將所述區域內的點云數據等間距分割成以L為間距的點云段；

(3)在分割后的點云段內找出對應Y坐標值最大的點和最小的點，從而得出一系列巷道點云在XOY平面投影中的邊緣點集；

(4)提取出所選取的點云段的上、下邊緣點，對所述的邊緣點使用二次連續函數擬合成兩條光滑的曲線，并對這兩條曲線進行擬合，即可得出巷道的中軸線。

6.根據權利要求5所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，所述點云數據坐標轉換關系為：

其中，X,Y,Z為點云數據的三維坐標，θ為坐標系之間的旋轉角。

7.根據權利要求6所述的一種基于區域樹的井下巷道點云數據的快速查詢方法，其特征在于，將所選取的點云段的上、下邊緣點的點集分別記為(X_i,Y_i,Z_i)_up與(X_j,Y_j,Z_j)_down，然后擬合出該點集的二次曲線，擬合采用隨機采樣一致性算法：

由上式可得出擬合后的曲線：

其中，x,y,z為點云數據的三維坐標，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂分別為巷道點云中軸線的擬合參數。