[发明专利]基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法

权利要求书

1.一种基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

   （1）通过单站三维激光扫描获取隧道点云，将所述的隧道点云以初始角度步长                                                绕竖直方向轴进行0°～360°的旋转，其中，k=1、2、3…，j为迭代次数，取整数，△α为固定步长的最小旋转角度；根据每次旋转后的所述隧道点云的坐标范围生成包围盒AABB，并计算其相应的体积V_i,之后从中找出最小的体积V_min；记录所述隧道点云从初始位置到包围盒AABB最小体积位置处时绕竖直方向轴旋转的角度α，并根据包围盒AABB的长边方向识别所述隧道的轴线方向； 

   （2）在（-α/2，α/2）角度范围内，以角度步长重复步骤（1），以更新V_min和α的值；

   （3）重复步骤（2），减小角度步长为，直至减小角度步长到，其中n=j，计算此时所述隧道点云从初始位置到包围盒AABB最小体积位置处时绕竖直方向轴旋转过的最终角度α，获取所述隧道点云位于该位置处时的最小包围盒AABB；

   （4）基于所述隧道点云的最小包围盒AABB生成若干所述隧道衬砌环的点云切片；

   （5）对步骤（4）中提取的若干所述点云切片分别进行整体椭圆或圆拟合，并分别求解得到所述椭圆或圆的三维中心坐标，将各所述三维中心坐标按里程顺序连接为空间曲线并做平滑处理，以构成所述隧道的中轴线。

2.根据权利要求1所述的一种基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法，其特征在于所述步骤（4）中生成所述点云切片的步骤为：单站三维激光扫描的所述隧道点云的原始点集为，，点集P的坐标范围为，其中n为所述隧道点云的分割段数，m为各段所述隧道点云内的点数；平面集T表示为，其法矢指向所述隧道轴线方向，其中，，；之后定义各段所述隧道点云的中间位置为对应段的投影参考面，所述投影参考面可通过计算，其中ε为各段所述隧道点云的厚度；将各段所述隧道点云内的所有点投影至该段的所述投影参考面，以生成各段所述隧道点云的点云切片。

3.根据权利要求1所述的一种基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法，其特征在于所述平滑处理所利用的方法是平曲线二阶连续和纵曲线二阶连续计算方法。