[發明專利]一種封閉煤場三維重建方法及系統

在審

• 申請號: 202210502446.9
• 申請日: 2022-05-09
• 公開（公告）號: CN114782650A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王偉虎;李揚;李瑞東;孫濤;李洪生;張鑫;趙學剛
• 申請（專利權）人: 京能（錫林郭勒）發電有限公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T17/00;G06T5/00;G06T3/40
• 代理公司: 煙臺上禾知識產權代理事務所(普通合伙) 37234
• 代理人: 蘇紅紅

1.一種封閉煤場三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：劃分每個三維激光掃描儀設備的掃描區域，在每個掃描區域布置三維激光掃描儀設備，并在相鄰掃描區域之間選擇公共特征點云；

步驟2：啟動各掃描區域的三維激光掃描儀設備對煤場進行掃描，并得到區域點云數據；

步驟3：對區域點云數據云進行預處理；

所述點云數據預處理包括根據公共特征點云對區域點云數據拼接、去噪，并構建同一坐標系XYZ；

步驟4：在預處理后的點云數據中提取點云作為關鍵控制點，利用關鍵控制點并通過不規則三角網建立煤場模型。

2.根據權利要求1所述的一種封閉煤場三維重建方法，其特征在于，所述三維激光掃描儀設備包括安裝在煤棚頂部的激光掃描儀及旋轉云臺，通過旋轉云臺的動作帶動激光掃描儀對下方被測料堆進行斷面式全覆蓋掃描，從而得到各掃描區域的區域點云數據。

3.根據權利要求2所述的一種封閉煤場三維重建方法，其特征在于，所述步驟1中：在劃分掃描區域時，以每個激光掃描儀能夠覆蓋的范圍為準；且所述三維激光掃描儀獲取當前掃描區域的圖像時處于固定狀態。

4.根據權利要求2所述的一種封閉煤場三維重建方法，其特征在于，所述步驟1中：所述公共特征點云是指相鄰兩個掃描區域的三維激光掃描儀同時都能夠掃描到的靶標，依此為依據對點云數據進行拼接。

5.根據權利要求2所述的一種封閉煤場三維重建方法，其特征在于，步驟3中：對拼接得到的點云數據采用KD-Tree點云去噪方法去除拼接得到的點云數據中的噪音點，具體步驟如下：

(a)、讀入拼接得到的點云數據；

(b)、基于拼接得到的點云數據構造點云數據之間的KD-Tree拓撲結構；

(c)、選取拼接得到的點云數據中的任意一點pi，確定當前點pi的鄰域，其中，鄰域可以是半徑為R球形范圍內的所有點組成的鄰域或距離當前點最近的k個點組成的k-近鄰；通過鄰域關系計算點云的法線、切平面、鄰接關系和曲率；

(d)、計算pi與其領域內各點距離的平均值；可使用歐氏距離公式計算當前點pi與其鄰域各點的歐氏距離或根據坐標值計算距離；

(e)、將計算得到的平均值與設定的閾值Dσ相比較，若當某一點與當前點pi的距離小于閾值Dσ，保留該點；當某一點與當前點p的距離大于閾值Dσ，則判定該點為進行點云采集時產生的噪聲點，即刪除該點；其中，閾值可根據鄰域的大小做動態的調整；

(f)、重復以上步驟，直到處理完拼接得到的點云數據中所有的點。

6.根據權利要求5所述的一種封閉煤場三維重建方法，其特征在于，步驟4中，將去除噪聲后的點云數據所在坐標系XYZ的XOY水平面劃分為多個尺寸一致的單元格，以每個單元格為底面，建立多個直方體，在每個直方體內分別尋找高程值最大的點云，將尋找到的點云均作為關鍵控制點，將所有關鍵控制點映射到XOY平面上，基于XOY平面上的關鍵控制點并采用Delaunay不規則三角網生成法建立煤場模型；

基于XOY平面上的關鍵控制點采用Delaunay不規則三角網生成法建立煤場模型具體為：

(a)、將映射到XOY平面上的所有關鍵控制點放入點集中，將點集劃分為兩個點數相等的子點集；

(b)、在子點集中構造Delaunay不規則三角網；

(c)、分別連接兩個子點集所構成的Delaunay不規則三角網的底線和頂線；

(d)、從底線到頂線合并兩個子點集的Delaunay不規則三角網，并利用Lawson局部優化算法對合并后的三角網進行優化，得到符合Delaunay要求的三角網；

(e)、將步驟(d)最終生成的三角網映射到XYZ三維空間坐標系中，得到煤場模型。