[发明专利]一种基于声呐点云数据的水下施工控制事件自动获取方法

权利要求书

1.一种基于声呐点云数据的水下施工控制事件自动获取方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将初始点云分成底部平面及剩余点云；

步骤2：对剩余点云再次分割，得到上排布平面；

步骤3：对底部平面进行局外点滤除，滤除底部平面中干扰点云，得到下排布平面；

步骤4：对上/下排布平面进行簇分类；

步骤5：通过选取并比较点云簇的特征点的位置，筛选出边缘簇；

步骤6：对上排布边缘簇进行直线拟合，对下排布边缘簇进行直线拟合，得到两条拟合直线的参数；

步骤7：计算两条拟合直线间距离，得到排布的搭接宽度。

2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤1中，对初始点云进行基于RANSAC理论的平面分割，将底部平面分割出来；

最优平面模型的选取见式：

A,B,C,D_最优＝A,B,C,D|max{p₁,p₂,...p_i,...p_k}

其中A，B，C，D为平面模型参数，p_i为局内点数，k为循环次数；

当次循环得到的局内点数大于之前循环得到的最大局内点数，则更新最大局内点数的值，并按照下式计算新的k值：

p为点云分割成功的概率，w为局内点数与点云总数的比值，n为确定一个模型所需点云数；

循环结束后，选取最大局内点数对应的平面模型参数作为平面分割的最优结果。

3.根据权利要求1所述的方法，所述步骤2中，对分割出的底部平面后剩余的点云再次分割，使用RANSAC理论，将上排布平面从剩余点云中分割出来。

4.根据权利要求1所述的方法，所述步骤3中，使用基于统计分析的局外点滤除法对底部平面进行局外点滤除，滤除底部平面内散乱点云，得到下排布平面，该方法的要素见下式：

d_n为任意点云与其u邻域点云的距离均值，x，y，z为点云的三维坐标，x_v，y_v，z_v为第v个点云的三维坐标，μ_d和σ_d分别为底部平面所有点云的d_n的均值和标准差，根据d_n的上述统计信息滤除局外点。

5.根据权利要求1所述的方法，所述步骤4中，利用基于欧氏距离的簇分类方法对排布平面进行点云簇分类；

对于两组点云P_I和P_j，若满足式：

则认为两组点云P_I和P_j形成不同的簇；其中︱p_qp_g︱表示计算两点p_q和p_g间的距离，d_th为簇分类距离阈值。

6.根据权利要求1所述的方法，所述步骤5中，在簇分类的结果中提取边缘簇：选取点云簇的特征点，通过比较特征点的分布位置确定边缘簇的特征点，反向索引出边缘簇。

7.根据权利要求1所述的方法，所述步骤6中，使用LMedS法和M-estimator法对两块排布平面的边缘簇进行直线拟合，LMedS法的表达式如下：

A,B,C_最优＝A,B,C|min{med(r₁),med(r₂),...med(r_iL),...,med(r_kL)}

其中A,B,C为空间直线参数，r_iL为直线拟合残差，med(·)为取中值运算，kL为循环次数；选取直线拟合残差中值的最小值对应的直线参数作为最优参数；

M-estimator法的表达式如下：

其中A,B,C为空间直线参数，r_iM为直线拟合残差，∑ρ(r_iM)为残差函数求和,ρ(r_iM)为残差函数，kM为循环次数；ρ(r_iM)取值为：

T值用以抑制过大的残差分量；选取残差函数之和的最小值对应的直线参数作为最优参数；

针对不同拟合方法及不同参数得到的拟合直线，使用拟合直线残差统计量衡量出最适合的拟合方法及参数。