[发明专利]一种基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法

权利要求书

1.一种基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、通过三维激光扫描获取引水竖井的原始点云数据，并进行预处理；

步骤S2、通过点云拼接获取引水竖井的完整点云数据；

步骤S3、提取引水竖井的中轴线，进行点云切片得到若干个竖井的断面；

步骤S4、针对每个断面进行圆模型的拟合，获得每个断面所在圆形的半径，实现引水竖井收敛分析；

步骤S5、提取引水竖井在不同高度处的径向形变信息，实现引水竖井径向形变分析；

步骤S6、根据椭圆拟合算法将连续的断面点云拟合为引水竖井横断面轮廓线，计算竖井各个高度段面的椭圆度和长短轴，实现引水竖井错台检测；

步骤S7、利用欧氏聚类提取竖井井壁剥蚀点云，并采用贪婪投影三角化方法构建剥蚀模型，实现剥蚀提取检测；

其中，所述步骤S3包括以下子步骤：

步骤S3.1、利用RANSAC圆柱拟合整个竖井点云数据得到竖井的中轴线向量(a，b，c)，设中轴线上任意一点O的坐标为(X₀，Y₀，Z₀)，则通过该点的断面S方程为：

a(X-X₀)+b(Y-Y₀)+c(Z-Z₀)＝0；

步骤S3.2、将相应的点投影到断面S，竖井点云中任意一点P坐标(X_p，Y_p，Z_p)，其到断面S的距离为：

l＝a(X_p-X₀)+b(Y_p-Y₀)+c(Z_p-Z₀)；

步骤S3.3、设定提取断面的剪切平面对竖井进行切片，根据预设间隔值对竖井段点云数据进行断面提取，构建多个剪切平面方程，并分别计算距剪切平面方程距离为预设间隔值的点，得到多个竖井断面点云。

2.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预处理包括采用直通滤波器去除系留绳和检测装备遮挡导致的异常点。

3.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据点云数据获得转换参数，利用转换参数确定旋转矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下子步骤：

步骤S4.1、采用最小二乘法对每个断面进行圆模型的拟合，得到每个断面的拟合圆半径值；

步骤S4.2、计算获得每个断面的拟合圆半径值与设计半径值之间的差值，将差值作为收敛变化量进行分析。

5.根据权利要求4所述的基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S4.1中，计算出截面圆半径和圆心的公式如下：

R²＝(x-x_c)+(y-y_c)²

Q＝∑[(x_i-x_c)²+(y_i-y_c)²-(x-x_c)²-(y-y_c)²]²

其中，R为横断面圆半径，x_c、y_c分别为横断面圆圆心对应x轴、y轴方向的投影，Q为误差平方和。

6.根据权利要求1所述的基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S5中，提取引水竖井在不同高度处的径向形变信息，根据径向形变信息得到形变曲线。

7.根据权利要求6所述的基于三维激光扫描技术的引水竖井缺陷检测方法，其特征在于，采用多项式拟合断面形变曲线。