[发明专利]一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法

权利要求书

1.一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S01，采用地面激光雷达系统对古城墙进行扫描，获取墙体表面点云数据F(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,…,n，其中n为采集点云中点的数量；x、y和z为墙体表面点的三维坐标，i代表第i个点；

S02，采用多项式曲面拟合研究区域表面点云，根据点到拟合曲面的距离关系剔除裂缝内部点；

S03，利用主成分分析方法对S02获得的剔除内部点后的点云进行降维分析，获得三个特征向量v_p，其中p＝1,2,3，将三维点云数据转换至墙体所在平面，生成二维点云数据；

S04，计算样本点云中各点邻域内点的角度分布情况，并计算相邻两点间的最大夹角；

S05，根据S04的得到的各点邻域最大夹角，给定一个裂缝边界点最大夹角阈值，判定裂缝边界点，获得疑似裂缝边界点序列；

S06，根据S05得到的疑似裂缝边界点进行二次识别与判断，获得最终裂缝边界点；

S07，根据S06得到的裂缝边界点，对裂缝的主方向、宽度、长度的 几何参数进行提取；

S08，根据S07得到的裂缝几何参数转换至三维坐标系；

S09，根据S08得到的裂缝三维几何参数进行存储。

2.根据权利要求1所述的一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法，其特征在于：S02具体过程为：对表面点云数据F(x_i,y_i,z_i)进行多项式曲面拟合得到P_n，计算各个点到拟合曲面P_n的距离D_i，将所有与表面距离大于阈值D₀的点剔除，获得剔除内部点后的点集F'(x_j,y_j,z_j)，j＝1,2,…,m，其中，m为剔除内部点后的点集中点的数量，j代表点集F'中第j个点。

3.根据权利要求2所述的一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法，其特征在于：阈值D₀取决于噪声水平，可用如下公式确定：

D₀＝σα_c (1)

式中，σ为地面激光探测与测量设备的标称精度；α_c是自适应距离。

4.根据权利要求3所述的一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法，其特征在于：S03具体过程为：对保留的点集F'(x_j,y_j,z_j)构造对应的协方差矩阵：

其中，为点集的重心坐标，X_i(x_i,y_i,z_i)为保留点集的三维坐标，对矩阵C进行主成分分析，可求得三个特征值λ₁、λ₂、λ₃，按降序排列，得到λ₁≥λ₂＞λ₃＞0，λ₃所对应的特征向量v₃，且v₃为法向量，则将三维点转化至墙体所在平面可用如下公式表示:

G(x_j,y_j,z_j)＝F'(x_j,y_j,z_j)·[v₁,v₂,v₃] (3)

式中，G(x_j,y_j,z_j)为点云降维后的坐标序列，其中转换后所有点的z_j几乎相等。