[發(fā)明專利]一種基于特征變換的隧道拱架點云自動提取方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110338098.1
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN112907601B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李框宇;蓋琛;李光朋;郭春軒;張豪琪;梁世平;王占輝;宋丹;邢泊
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵工程裝備集團隧道設(shè)備制造有限公司
• 主分類號: G06T7/10
• 分類號: G06T7/10;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

1.一種基于特征變換的隧道拱架點云自動提取方法，其特征在于，包括：

步驟1：獲取立過拱架的隧道開挖面點云P，對所述點云P進行預(yù)處理和去冗余處理，得到消除冗余數(shù)據(jù)的隧道點云P₂；

步驟2：構(gòu)建以開挖方向為x軸的空間直角坐標系C_S；

步驟3：剔除隧道點云P₂的地面點，獲取不含隧道底部數(shù)據(jù)的隧道點云P₃，將隧道點云P₃所在的隧道點云坐標系記為原始隧道點云坐標系C_O；

步驟4：計算原始隧道點云坐標系C_O與空間直角坐標系C_S之間的變換矩陣M，根據(jù)所述變換矩陣M將隧道點云P₃變換為空間直角坐標系C_S下的隧道點云P₄；

步驟5：將隧道點云P₄投影到以開挖方向為法向的平面上，得到平面直角坐標系下的二維隧道點云P₅，并構(gòu)建三維隧道點與二維隧道點之間的映射關(guān)系f₁；

步驟6：統(tǒng)計二維隧道點云P₅的點密度信息，選取n個密度區(qū)間；

步驟7：使用DBSCAN算法對二維隧道點云P₅按照n個點密度區(qū)間依次由高到低地進行自動聚類分割，得到若干個不同的點云子集{S_i}，i代表點云子集的序號；然后統(tǒng)計每個點云子集包含的點數(shù)，將點數(shù)最多的點云子集S_t作為隧道側(cè)壁投影在平面上的點云；

步驟8：根據(jù)點云子集 S_t擬合最優(yōu)橢圓弧E，得到橢圓弧E的數(shù)學(xué)模型；

步驟9：以橢圓弧E為基準裁剪點云子集S_t，得到平面直角坐標系下的點云S_j；

步驟10：將點云S_j按照橢圓弧E展開為直線進行坐標變換得到平面點云S_k，并構(gòu)建點云坐標變換前后點的映射關(guān)系f₂；

步驟11：根據(jù)映射關(guān)系f₁和映射關(guān)系f₂，得到點云S_k對應(yīng)的深度信息，進而將點云S_k擴展為空間直角坐標系下的點云P_k；

步驟12：利用點云的地面濾波算法將點云P_k分離為隧道側(cè)壁點云P_s和拱架點云P_g；

步驟13：根據(jù)拱架點云P_g采用聚類分割獲取單個拱架點云其中m表示拱架的序號；然后根據(jù)變換矩陣M、映射關(guān)系f₁和映射關(guān)系f₂計算得到各個拱架點云在原始隧道點云坐標系C_O下的坐標。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道拱架點云自動提取方法，其特征在于，步驟4中，按照公式(1)計算變換矩陣M：

M＝C_O^-1C_S (1)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道拱架點云自動提取方法，其特征在于，步驟5中，按照公式(2)構(gòu)建三維隧道點與二維隧道點之間的映射關(guān)系f₁：

P₅＝f₁(P₄) (2)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道拱架點云自動提取方法，其特征在于，步驟6具體包括：

以固定半徑r，統(tǒng)計點云P₅的點密度信息，以間隔itv構(gòu)建點密度曲線或頻率分布直方圖，根據(jù)點密度曲線或頻率分布直方圖選取n個密度區(qū)間；其中，r值介于0.025～0.4米之間，itv值介于5～100之間，n介于1～3之間。