[发明专利]基于激光点云的隧道限界分析方法、装置和系统有效
申请号: | 202010218307.4 | 申请日: | 2020-03-25 |
公开(公告)号: | CN111322985B | 公开(公告)日: | 2021-04-09 |
发明(设计)人: | 汪俊;吴宇祥;鲁德宁 | 申请(专利权)人: | 南京航空航天大学 |
主分类号: | G01C7/06 | 分类号: | G01C7/06 |
代理公司: | 南京钟山专利代理有限公司 32252 | 代理人: | 陈月菊 |
地址: | 210016 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 激光 隧道 限界 分析 方法 装置 系统 | ||
1.一种基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,所述隧道限界分析方法包括以下步骤:
S1,获取隧道点云数据;
S2,对隧道点云数据做圆柱拟合,提取隧道中轴线,结合隧道中轴线截取隧道断面;
S3,提取轨道点云子集;
S4,结合轨道点云子集构建限界轮廓基准线,提取隧道断面中心,结合约束条件进行限界-断面点云配准;
S5,对配准后的断面点云和限界轮廓点云进行分析,判断侵界情况。
2.根据权利要求1所述的基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,步骤S1中,所述获取隧道点云数据的过程包括以下步骤:
使用三维激光扫描仪对隧道进行扫描,获取隧道点云数据;
对所有的隧道点云数据进行分段截取。
3.根据权利要求2所述的基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,每段长度为10环管片。
4.根据权利要求1所述的基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,步骤S2中,所述对隧道点云数据做圆柱拟合,提取隧道中轴线,结合隧道中轴线截取隧道断面的过程包括以下步骤:
S21,采用高斯映射拟合方法对所述隧道点云数据进行圆柱拟合,提取得到隧道中轴线;
S22,基于隧道点云数据中任意一点p及该点的轴线方向,截取单个隧道点云断面数据,构建截平面;
S23,将隧道点云断面沿提取得到的隧道中轴线进行投影,得到二维断面数据。
5.根据权利要求1所述的基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,步骤S3中,所述提取轨道点云子集的过程包括以下步骤:
从隧道点云数据中提取轨道点云数据,分别选定两个轨道点云数据中的任意一点pi、pj,对两个轨道点云子集进行欧式距离聚类。
6.根据权利要求1所述的基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,步骤S4中,所述约束条件的获取过程包括以下步骤:
从两个轨道点云数据中选择各自对应的最高点,分别设定成z_maxi、z_maxj,根据两个最高点构建直线l,计算直线l的斜率k;
根据所述隧道断面数据进行ransac圆拟合,得到圆心c以及圆心的横坐标c.x;
设置两个约束条件:(1)限界轮廓包围框底边与直线l重合;(2)限界轮廓中心横坐标c0.x=c.x。
7.根据权利要求1所述的基于激光点云的隧道限界分析方法,其特征在于,步骤S5中,所述对配准后的断面点云和限界轮廓点云进行分析,判断侵界情况的过程包括以下步骤:
针对断面点云中任一点p_i,通过KNN检索出限界轮廓点云中的最近点p_in,通过侵界函数判断侵界情况;
所述侵界函数为:
S=||p_i-c||-||p_in-c||
其中,p_i为断面点云中任意点,p_in为通过KNN检索出限界轮廓点云的最近点;当侵界函数S0时,则判定为侵界,否则判定为不侵界。
8.一种基于激光点云的隧道限界分析装置,其特征在于,所述隧道限界分析装置包括:
数据获取模块,用于获取隧道点云数据;
预处理模块,用于预处理隧道点云数据,截取管片,提取隧道中轴线和轨道点云子集;其中,轨道点云子集用于后续处理模块中的点云配准;
分析模块,用于计算轨道直线和隧道圆心,通过约束条件将界限轮廓点云与断面点云配准,并结合配准后的数据进行限界分析。
9.根据权利要求8所述的基于激光点云的隧道限界分析装置,其特征在于,所述预处理模块包括:
截取单元,用于将点云数据分段进行截取;
轨道提取单元,用于从隧道点云数据中提取轨道点云数据,通过两个轨道点云子集进行欧氏聚类,提取得到两轨道点云子集。
10.一种基于激光点云的隧道限界分析系统,其特征在于,所述隧道限界分析系统包括三维扫描仪、处理器、存储器,和储存在存储器上用于实现权利要求1-7中任意一项中所述的隧道限界分析方法的程序;
所述隧道限界分析系统安装在隧道检测车上;
所述三维扫描仪与处理器连接,用于对隧道进行扫描,获取隧道点云数据,将获取的隧道点云数据发送至处理器。
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