[发明专利]一种基于三维激光扫描的河道冲淤测量方法

权利要求书

1.一种基于三维激光扫描的河道冲淤测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.河道地形测量：根据测量区域的几何形状，确定扫描仪架设站点和靶标的平面布置，获取能够满足冲淤变形测量要求和完整覆盖扫描区域的点云数据；

S2.点云数据配准：首先进行第一期的多站点点云配准，通过靶标进行初步配准，再通过最近点迭代算法进一步减小配准误差，完成后将点云导出，以日期命名；接着，进行多时期的点云配准，以第一期点云坐标系为工程坐标系，通过最近点迭代算法对第二期点云进行配准，完成导出第二期点云，以日期命名；

S3.河道冲淤变形计算及可视化：通过对比不同时期平面坐标相同点的高度变化值，得到河道的冲淤变化量：由于不同期点云平面坐标不重合，无法直接进行差值计算，首先，对原始点云河道以外的区域点云进行删除，对河道点云边界进行提取；接着，生成等间距的平面坐标矩阵，对边界外的点进行删除，得到一个新的矩阵；接着，通过插值得到每一点对应的高度坐标，以矩阵的形式存放；最后，计算对应点的高度差，以变形云图或等高线图的形式展现结；

所述步骤S1包括以下子步骤：

S101.按照下式确定扫描仪有效测量距离ρ：

N＝1/(ρ×h×((tan(θ+dθ)-tanθ)×dα)；

其中，θ＝arccos(h/ρ)，N为最小点云密度，h为仪器中心距河床的高度，ρ为仪器的有效测量距离，dα,dθ分别为设置的扫描仪水平分辨率和竖直分辨率；

S102.利用卫星图像获取所测河段的几何形状，量取河段宽度、长度数据，计算扫描仪架站的最大间距L_max；

其中，d为河段宽度的1/2；

依据架站最大间距在图像上进行架站布置，站点在两岸交替布设，以避免仪器扫描盲区；

S103.在各个预设的站点位置上架设仪器，不同两测站间布置最少3个标靶；然后在不同站点进行扫描，直到完成整个区域的测量，获取满足冲淤变形测量要求和完整覆盖扫描区域的点云数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描的河道冲淤测量方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：

S201.将第一期点云数据导入，进行点云去噪，植被的去除；以第一站的扫描仪坐标系为工程坐标系，第一站中的靶标坐标为工程坐标,首先，通过求解下式计算坐标转换参数：

A＝RA'+ΔT

式中：

R包含三个独立参数α、β、分别为绕x，y，z轴的旋转角；

ΔX、ΔY、ΔZ为三个平移参数；

为靶标的工程坐标；

为靶标的扫描仪坐标；

联立求解得到六参数α、β、ΔX、ΔY、ΔZ，完成第二站到工程坐标系的初配准，接着采用最近点迭代算法减小配准误差，实现最终配准；并重复进行第3,4，...，n站的配准；

S202.导入第二期点云，进行去噪与去植被,在同一工程中导入第一期配准好的点云，删去河道内的点云，保留河道外部地形未发生变化的点；接着，采用最近点迭代算法，利用两期点云重合的河道外部区域，将第二期第一站点云向第一期点云进行配准；按照同样的方法完成第二期剩下点云的配准；

S203.将配准后的两期点云，删去河道外区域点云，并将剩余点云按凸多边形区域保留，以txt格式分别导出点云坐标信息，用日期命名。