[发明专利]一种岩体三维点云节理迹线提取方法

权利要求书

1.一种岩体三维点云节理迹线提取方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：获取岩体的三维点云数据；

步骤2：基于三维点云的颜色信息，根据三维点云的颜色变化，提取岩体表面的潜在节理迹线点第一集合A₁；

步骤3：基于三维点云的几何信息，根据三维点云的曲率变化，提取岩体表面的潜在节理迹线点第二集合A₂；

步骤4：对潜在节理迹线点集合A＝A₁∪A₂进行局部优化：

步骤4.1：对每个潜在节理迹线点a∈A进行邻域搜索，对潜在节理迹线点a的邻域L_a内的点进行主成分分析，得到邻域L_a对应的主成分方向线l_a；

步骤4.2：将潜在节理迹线点a垂直投影至主成分方向线l_a上，得到的投影点a'即为对应的优化后的节理迹线点，形成优化后的节理迹线点集合A'；

步骤5：基于建立局部矢量缓冲区的双向连接算法，对优化后的节理迹线点集合A'进行处理，得到岩体表面的节理迹线：

步骤5.1：从优化后的节理迹线点集合A'中随机选取一个点作为初始搜索点；

步骤5.2：令i＝1，在初始搜索点处建立局部矢量缓冲区Q₀；

步骤5.3：在局部矢量缓冲区Q₀内未被连接的点中搜索初始搜索点的第i近邻点，判断是否能搜索到初始搜索点的第i近邻点：若是，则连接初始搜索点与该第i近邻点，并将该第i近邻点作为当前搜索点，进入步骤5.4；若否，则进入步骤5.7；

步骤5.4：令k＝1，在当前搜索点处建立局部矢量缓冲区Q；

步骤5.5：在局部矢量缓冲区Q内未被连接的点中搜索当前搜索点的第k近邻点，判断是否能搜索到当前搜索点的第k近邻点：若是，则获取当前搜索点到第k近邻点的走向V₁、上一个连接点到当前搜索点的走向V₂，计算走向V₁与走向V₂的夹角θ，进入步骤5.6；若否，则令i＝i+1，转至步骤5.3；

步骤5.6：对当前搜索点进行多向判断：

当时：连接当前搜索点与第k近邻点，并更新当前搜索点为第k近邻点，转至步骤5.4；

当时：令k＝k+1，转至步骤5.5；其中，为预设的夹角阈值；

步骤5.7：判断节理迹线点集合A'内未被连接的点中是否存在未被选取的点：若是，则从未被连接的点中随机选取一个未被选取的点作为初始搜索点，转至步骤5.2；若否，则结束搜索，得到岩体表面的节理迹线。

2.根据权利要求1所述的岩体三维点云节理迹线提取方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：获取岩体的近景无人机影像数据，采用多视图三维重建方法，从近景无人机影像数据中获取岩体的三维点云数据；或采用三维激光扫描方法获取岩体的三维点云数据。

3.根据权利要求1所述的岩体三维点云节理迹线提取方法，其特征在于，所述步骤2包括下述步骤：

步骤2.1：对三维点云的颜色信息进行二值化处理，得到表示三维点云颜色的单一化数值；

步骤2.2：对三维点云建立空间八叉树索引，对每个索引空间内的点进行颜色比对，留下颜色较深的点，得到岩体表面颜色较深的多个区域；所述颜色较深的点为索引空间内单一化数值小于设定阈值的点；

步骤2.3：基于边界识别算法对颜色较深的每个区域进行边界识别，得到颜色较深的每个区域的边界点，所有边界点构成潜在节理迹线点第一集合A₁。

4.根据权利要求1所述的岩体三维点云节理迹线提取方法，其特征在于，所述步骤3包括下述步骤：

步骤3.1：对三维点云建立空间八叉树索引，基于三维点云的几何信息，对每个索引空间内的点进行主成分分析，计算每个索引空间对应的局部曲面的极大曲率方向、极小曲率方向、切平面的法向量；

步骤3.2：基于傅里叶变换，利用每个索引空间对应的局部曲面的极大曲率方向、极小曲率方向、切平面的法向量及该索引空间内每个点的几何信息，计算各点的主曲率；

步骤3.3：将每个索引空间内主曲率小于设定阈值的点作为潜在节理迹线点，构成潜在节理迹线点第二集合A₂。