[發(fā)明專利]一種基于三維激光掃描的巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別與信息提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011328019.0
• 申請(qǐng)日: 2020-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112529844B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董秀軍;許強(qiáng);寧浩;郭晨;巨袁臻;孫濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/11;G06T7/90;G06K9/62;G06V10/762
• 代理公司: 北京正華智誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 何凡

1.一種基于三維激光掃描的巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別與信息提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、采集巖體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并計(jì)算點(diǎn)云數(shù)據(jù)的法向量，得到初級(jí)處理點(diǎn)云；

S2、沿法向量的方向?qū)Τ跫?jí)處理點(diǎn)云進(jìn)行HSV顏色空間著色，得到次級(jí)處理點(diǎn)云；

S3、采用球面k均值聚類算法對(duì)得到次級(jí)處理點(diǎn)云進(jìn)行聚類分組，獲取聚類平面，得到巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別結(jié)果；

S4、對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行產(chǎn)狀、間距和延展性信息提取，得到巖體結(jié)構(gòu)面的信息；

所述步驟S1包括以下分步驟：

S1.1、采集巖體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定M個(gè)法向量取值范圍；

S1.2、以法向量取值范圍為容器，構(gòu)建包含M個(gè)容器的Hough變換累加器；

S1.3、設(shè)定三元組選取上限以及置信度達(dá)標(biāo)條件；

S1.4、選取一個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)點(diǎn)，并取出其所有相鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

S1.5、隨機(jī)選擇兩個(gè)相鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)點(diǎn)組成三元平面，計(jì)算三元平面的法向量，獲取T個(gè)三元平面的法向量，所述兩個(gè)相鄰點(diǎn)云數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)點(diǎn)不位于同一直線；

S1.6、將三元平面的法向量放入對(duì)應(yīng)的容器中，并判斷是否達(dá)到三元組選取上限，若是，則進(jìn)入步驟S1.8，否則進(jìn)入步驟S1.7；

S1.7、判斷是否存在容器對(duì)應(yīng)的置信度滿足置信度達(dá)標(biāo)條件，若是，則進(jìn)入步驟S1.8，否則返回步驟S1.5；

S1.8、取出法向量最多的容器，并計(jì)算對(duì)應(yīng)的法向量平均值，得到基礎(chǔ)點(diǎn)的法向量；

S1.9、遍歷所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)，獲取所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)的法向量，得到初級(jí)處理點(diǎn)云。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描的巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別與信息提取方法，其特征在于，所述步驟S1.3中三元組選取上限T_R具體為：

其中，δ表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)的法向量理論值p_m與法向量計(jì)算值之間的差值，δ∈[0,1]，φ∈[0,1]，φ表示點(diǎn)云數(shù)據(jù)的法向量理論值p_m與法向量計(jì)算值比較時(shí)的置信度概率閾值；

所述法向量計(jì)算值具體為：

其中，t＝1,2,..,T，m＝1,2,..,M，X_m,t表示與三元組平面t的容器m相關(guān)的而獨(dú)立均與分布的隨機(jī)變量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描的巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別與信息提取方法，其特征在于，所述步驟S1.3中信度達(dá)標(biāo)條件具體為：

其中，表示法向量最多的容器m1對(duì)應(yīng)的法向量平均值，表示法向量次多的容器m2對(duì)應(yīng)的法向量平均值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維激光掃描的巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別與信息提取方法，其特征在于，所述步驟S2包括以下分步驟：

S2.1、獲取巖體結(jié)構(gòu)面的法向量為(a,b,c)，設(shè)定正北方為正Y軸方向、正東方為正X軸方向以及垂直于XY平面且背離地心的方向?yàn)檎齔軸方向，得到大地坐標(biāo)系；

S2.2、獲取巖體結(jié)構(gòu)面在大地坐標(biāo)系中的傾向α和傾角β，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的產(chǎn)狀；

S2.3、設(shè)定色相分割區(qū)間為(0,1)，并將色相H分割為360份，得到第一分割值；

S2.4、設(shè)定飽和度分割區(qū)間為(0,1)，并將飽和度S分割為90份，得到第二分割值；

S2.5、將第一分割值與傾向相對(duì)應(yīng)以及將第二分割值與傾角相對(duì)應(yīng)，完成對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的HSV顏色空間著色，得到次級(jí)處理點(diǎn)云。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于三維激光掃描的巖體結(jié)構(gòu)面識(shí)別與信息提取方法，其特征在于，所述步驟S2.2中傾向α具體為：

所述傾角β具體為：

β＝arccos(c)。