[發明專利]一種基于三維點云數據的電纜自動提取重構方法

有效

• 申請號: 201710884106.6
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107784682B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李軍;項青;陳一平;王程
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T7/00
• 代理公司: 廈門創象知識產權代理有限公司 35232
• 代理人: 尤懷成

1.一種基于三維點云數據的電纜自動提取重構方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、獲取三維點云數據集P，并對整個數據集P進行網格劃分；

S2、使用垂直間隔過濾算法和基于密度的過濾算法過濾地面和植物點集；

S3、使用概率霍夫變換進行電纜的提取；

S4、矩形緩沖區域連接算法進行線段的連接；

S5、再次使用過濾算法縮小閾值過濾，并將此次過濾的植物點集設為危險點；

S6、使用整體最小二乘算法擬合x-y平面直線和x-z平面的懸掛曲線

其中，步驟S6所述整體最小二乘算法具體包括如下步驟：

S61、水平面擬合

用ρ＝x cosθ+y sinθ表示在xy平面上的一條線，用(x_i，y_i)表示隨機的一點，則該點距線的距離表示為：

使用以下等式作為線的模型：

x_iξ₁+y_iξ₂+ξ₃＝0

其中ξ_n是一個3*1的參數向量，則損耗函數可表示為：

min：J(ξ)＝ξ^TA^TAξ

其中n表示隨機點的數量；

給定一個約束條件，假設ξ^Tξ＝1，通過引入拉格朗日乘子，則必要歐拉條件為：

2A^TAξ-2λξ＝0

它等價于

Sξ＝λξ

其中S＝A^TA稱為散射矩陣，歐拉條件等式表明ξ是矩陣S的特征向量，且ξ是對應最小特征值的特征向量，當取得ξ時，則θ和ρ就可根據下式取得：

計算出θ和ρ，則成功擬合xy平面的線；

S62、垂直面擬合

XZ平面的一條懸鏈曲線C(a，b，c)可由下式表示：

其中a和b是電纜起點的參數，c是比例因子，它表示懸掛線每單位長度拉力和重量的比例，x表示該方程的變量，cosh表示雙曲余弦函數；

將上面的表達式線性化并且得到初始值a₀，b₀，c₀，則上式可表示為：

g_aδa+g_bδb+g_cδc+f＝0

其中，δa，δa，δc分別代表在線性化后的a，b，c

當有m個點時，通過最小化差的平方和來計算獲得參數，迭代閾值可由下式表示：

δ＝-(G^TG)G^Tf

其中標在符號上方的符號表示點i相對應的值，

通過迭代不斷更新參數值直到迭代參數足夠小為止，為保證收斂，每一條跨線的初始值、結尾值和中點都可以作為初始值。

2.根據權利要求1所述的一種基于三維點云數據的電纜自動提取重構方法，其特征在于：步驟S2中所述垂直間隔過濾算法具體包括如下步驟：

S21、遍歷所有網格，從左到右，從第一行到最后一行都進行搜索，在每一個網格中，從高度最低的點開始比較兩點的垂直間隔，如果第二低的點的間隔少于5米，則這兩點都保留；

S22、比較第二低的點和第三低的點，直到兩點的距離大于等于5米，該兩點和之前的點全部去除，然后繼續比較，直到最高的點。

3.根據權利要求1所述的一種基于三維點云數據的電纜自動提取重構方法，其特征在于：步驟S2中所述基于密度的過濾算法具體包括如下步驟：

S23、對于24個鄰域都不存在點集的，該網格視為不存在電纜點集，該網格中的點都會被刪除；

S24、對于鄰域包含點集的網格，比較第一個網格最高點的高度Zmax₁和其他網格最高點的高度Zmax_n，其中n＝2，3…，23，24，如果差值小于5米則累加器記錄下該網格，如果大于5米，移動至下一個網格，繼續循環，當記錄于累加器的網格數超過11，則證明該網格不屬于電纜點集網格，直接去除。

4.根據權利要求1所述的一種基于三維點云數據的電纜自動提取重構方法，其特征在于：步驟S4所述矩形緩沖區域連接算法具體包括以下步驟：

在每一個小線段尾部，延伸出4*30像素的矩形緩沖區域，以此判斷是否有其他線段位于兩個矩形區域內，如果有，則兩線段被連接為一條線段，反之則視為兩條。