[发明专利]一种适用于隧道内定位和形变分析的激光反射片实现方法

权利要求书

1.一种适用于隧道内定位和形变分析的激光反射片实现方法，其特征在于：其方法步骤包括：

(1)材质分析；

(2)隧道形变反射片处理；

(3)点云数据处理；

(4)反射片编码扫描；

(5)实验验证；所述点云数据处理进一步包括有效点发射识别、点云平面拟合及投影、点坐标转换和特征码扫描识别；

反射片编码扫描包括二进制hash码，所述二进制hash码包括二进制hash码的正向编译和二进制hash码的逆向识别；

所述点云的平面拟合及投影采用平面拟合方程，其中平面拟合方程表达方式为：

Ax+By+Cz+D＝0,其中C≠0

记：

则：z＝a0x+a1y+a2，其中a0、a1、a2为拟合平面系数

对于点云之中的n个点：

(xi,yi,zi),i＝0,1,…,n-1

要用点(xi,yi,zi),i＝0,1,…,n-1计算拟合上述平面方程，则使方差S：

最小；

为了使S最小，应满足：k＝0,1,2

即

解上述方程组，即可得到：a₀，a₁，a₂

即：z＝a0x+a1y+a2

采用样例数据，运用最小二乘法进行平面拟合。

2.根据权利要求1所述的一种适用于隧道内定位和形变分析的激光反射片实现方法，其特征在于：所述有效点发射识别首先需要对反射材质做一定区分，隧道墙面材质一般为水泥砂浆抹面，其反射率系数为0.30-0.35，这是一个比较低的数值，而一般反射片的反射系数都在0.9以上；两者具有较高的区分度，有效点，即非墙体的反射片或者其他2级反射材料上的扫描点，通过对有效点的扫描，识别出本反射片所特有的编码信息，在扫描得到的点云数据中，还会包含反射强度数值。

3.根据权利要求2所述的一种适用于隧道内定位和形变分析的激光反射片实现方法，其特征在于：进一步的可以得到拟合平面的法向量(A，B，C)；以法向量作为直线的方向向量，做过点(x_i,y_i,z_i),i的直线，直线方程为：

将其与平面方程(3.1)联立，求解即可得到投影点坐标。

4.根据权利要求3所述的一种适用于隧道内定位和形变分析的激光反射片实现方法，其特征在于：点云已经散落在拟合平面上，该平面的法向量已经确定，但是由于尚未确定反射片的相邻直角边方向，所以需要在三维坐标转换之中，插入一个扫描基准坐标系的判定，然后继续进行坐标转换；

设点云数组中的任意一点的坐标位(t_x,t_y,t_z)，以该点位坐标中心，将其平移到(0,0,0)为原点的坐标系，则有平移方程为：

其中，x′ y′ z′是转化后的坐标，x y z是经过平面拟合投影之后的坐标，

将其专化为矩阵形式为坐标运算矩阵(x y z 1)乘以平移矩阵T：

由于进行的是等比例转换，故而其转换公式为：