[發明專利]一種保留空間特征的車載激光路面點云抽稀方法

有效

• 申請號: 202011335271.4
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112465948B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 劉如飛;楊繼奔;柴永寧;丁少鵬
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T17/20;G06T7/66;G06V10/44
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡;王楠

本發明公開了一種保留空間特征的車載激光路面點云抽稀方法。首先對路面點云進行去噪及缺失插值等預處理；接著對路面點云數據建立多尺度格網，結合KD樹構建空間混合索引，快速構建數據點的k鄰域拓撲關系；然后對數據點的k鄰域進行加權主成分分析、最小二乘曲面擬合，計算特征描述子集，利用特征描述子集構建多特征描述模型，進行路面粗糙度分析，自適應提取路面內部破損特征點；再利用點云的分布均勻性約束法提取路面全局邊緣特征點；最后針對非特征區域，利用均勻格網重心方法進行二次抽稀，將二次抽稀后的點云與特征點進行融合，完成抽稀。

技術領域

本發明涉及一種保留空間特征的車載激光路面點云抽稀方法，涉及車載移動測量數據路面病害檢測與數據縮減技術領域。

背景技術

隨著公路交通運輸的快速發展，我國公路已經達到了很高的覆蓋度。未來，對已建成道路的維護是工作重點之一。由于雨雪、高溫、超載等極端條件的影響，導致局部路面發生形變，形成了裂縫、松散、擁包、坑槽沉陷等多種的路面破損。路面破損使得路面整體的平整度下降，影響了路面使用性能，帶來很大的交通安全隱患。

目前傳統的路面二維測量技術測量以及人工測量技術效率低、精度差難以適應經濟發展。相對于傳統的檢測方法，車載移動測量技術效率高、精度高、外業工作強度小，可以在不影響行車安全的情況下快速獲取海量路面點云數據，為公路的養護管理提供數據支撐。高精度、高密度的路面點云數據有助于路面地形特征的精細表達，但在平滑區域存在數據冗余，不利于數據顯示和三維重建，因此有必要對路面點云進行有策略的抽稀。

發明人在實現本發明的過程中，發現現有的方法存在如下不足：對海量路面點云構建k鄰域拓撲關系速度較慢；對路面點云抽稀時忽略路面空間特征或者識別方法單一，導致部分特征信息丟失，或者產生大面積的點云空洞，抽稀完后的數據不能準確表達路面信息。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種保留空間特征的車載激光路面點云抽稀方法。

本發明的技術方案如下：

一種保留空間特征的車載激光路面點云抽稀方法，具體包含如下步驟：

1、車載移動測量獲取原始路面點云數據預處理，去除路面噪聲點云并對路面點云缺失進行插值；

2、對預處理后的路面點云數據劃分空間均勻格網，將空間格網一維線性排列，根據數據點的空間坐標計算所在格網以及相鄰格網的三維索引號，再利用KD樹算法對多個格網中的點進行k鄰域查詢，獲取點的k鄰域點集：

3、對數據點的k鄰域點集分別進行反距離加權主成分分析以及最小二乘曲面擬合分析計算，得到特征值、法向量夾角均值、平均曲率三個特征描述子；

4、一次抽稀，根據所求三個特征描述子，利用特征描述子的兩倍中誤差去除離群值，建立多特征描述模型，進行路面粗糙度分析，自適應提取路面內部破損特征點；利用數據點的法向量構建投影平面，過數據點分別作三個參考平面，根據鄰域點在參考平面兩側的分布均勻性，提取路面全局邊緣特征點；

5、二次抽稀，遍歷所有空間格網，判斷格網中是否存在特征點，根格網內的點云分布情況，使每個格網內只保留一個點，對于存在特征點的格網，保留特征點，刪除其余點，對不存在特征點的格網內點計算格網重心位置，保留到格網重心的歐式距離最小的點，刪除其余點，將二次抽稀后得的點云與特征點進行拼接，最終得到保留空間特征的路面點云抽稀數據。

優選的，步驟1中，去除路面噪聲點云和對路面點云缺失進行插值包括步驟如下：

1)路面噪聲點過濾

設定統計窗口D_side，利用直方圖統計每個窗口內路面點云的高程值，以路面損壞最低檢測深度(5mm)為高程間隔劃分高程值，根據以上統計規律，去除直方圖中路面點條形柱右側少于統計窗口內路面點云1/10的間隔內所有點，此處的路面點為統計直方圖中代指的條形柱，如圖2，并不是指單獨的一個點；