[發明專利]一種基于海量點云數據的橋墩位姿測量方法

有效

• 申請號: 202011206385.9
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112033385B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 梁曉東;楊承昆;吳勇生;文言
• 申請（專利權）人: 湖南聯智科技股份有限公司
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C15/12
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 劉伊旸;周曉艷

本發明提供了一種基于海量點云數據的橋墩位姿測量方法，在對橋墩進行點云掃描后包括點云按照Z值分層、生成切片影像、影像直線檢測、生成橋墩面緩沖區、導出橋墩面點云、生成橋墩基準面和計算橋墩位姿等步驟。本發明的方法對海量點云數據分層處理，在處理橋墩高度大于60m的高墩點云數據時無需打開全部點云數據，對硬件要求低，易用性與普適性較強；數據處理可以實現自動化，無需人為干預即可得到高墩垂直度數據和位姿圖，根據橋墩位姿圖可以直觀地獲取高墩面垂直信息；可以測量表面無明顯角特征點的、非圓形橋墩以及圓柱形橋墩的垂直度，適應性較強。

技術領域

本發明涉及工程施工技術領域，具體涉及一種基于海量點云數據的橋墩位姿測量方法。

背景技術

山區高速公路鋼混橋墩高度高，跨度大，在橋墩完成澆筑后，必須驗收橋墩垂直度等橋墩位姿數據，在驗收合格后方能進行橋梁鋪設。山區地形復雜多變，用傳統方法測量超高橋墩位姿方法需要工程人員親自上梁測量，危險系數較高且精度難以保證，高橋墩、大仰角垂直度測量較困難。

三維激光掃描技術發展迅速，因其無接觸、遠距離、高效、和高精度獲取被掃描物體表面坐標、顏色和反射率等多元海量點云數據的特性，已經代替了很多傳統的單點坐標測取方式。通過該技術進行橋墩的位姿測量已有部分研究，分別通過建模、直線擬合、橋墩特征點連線等方法檢測橋墩位姿。但超高橋墩數據量龐大（海量點云），對工作電腦硬件、軟件要求較高，導致三維激光掃描方法無法在一般工程工作中進行普及。并且數據處理步驟繁瑣，人工干預較多，工作量較大，自動化水平低，人為粗差不可避免。

綜上所述，急需一種基于海量點云數據的橋墩位姿測量方法以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于海量點云數據的橋墩位姿測量方法，具體技術方案如下：

一種基于海量點云數據的橋墩位姿測量方法，包括以下步驟：

步驟1：掃描橋墩獲取調平后相應的點云原始坐標數據；

步驟2：按照Z軸方向將均分為n層，舍去X坐標和Y坐標方向距掃描中心過遠和過近的點；各層的數據按照Z值大小排序存儲在單獨的點云文件內，并生成總索引文件用于記錄點云文件層數n、各層點云文件的數據量和各層數據的Z坐標范圍；其中，為自然數；

步驟3：刪去10⁶的層數，剩余總層數m，并更新總索引文件，同時記錄總剩余點云中最高點Z坐標與最低點Z坐標；

步驟4：設為最小有效層高，根據步驟3中總索引文件選取所在的點云層數，取此Z值范圍內的點云D_a，并在XOY面投影，得到處點云切片平面二值圖像，按比例壓縮得到壓縮后圖像；

步驟5：對進行多尺度Hough變換探測直線對象，生成文件記錄直線探測結果；

步驟6：重復步驟4和步驟5，分別得到處圖像的直線探測結果文件和處圖像的直線探測結果文件，其中b為橋墩設計高度的；

步驟7：、、按照比例放大后記為、、；，，中探測直線坐標同時按照比例放大后記為，，；進一步在每條已探測直線周圍設置半徑為橋墩設計高度的1‰的緩沖區，緩沖區范圍信息存入，，中；

分別將、中每條探測直線的緩沖區面積、與中相同位置探測直線的緩沖區面積代入公式1）計算重疊度和；

重疊度計算公式： 1）；

記錄，，中對應Z值范圍的對應直線、直線編號與其緩沖區范圍并按照對應Z值范圍分別存入文件、、；其中、分別為兩條相同位置探測直線的對應緩沖區面積；

步驟8：設，，，；當時，令；當時，令；