[发明专利]一种基于激光点云的路面三维重构误差计算方法

权利要求书

1.一种基于激光点云的路面三维重构误差计算方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、三维激光扫描仪对所选路段的路面表面进行激光测距，得到了原始的路表点云数据，确定三维激光扫描仪误差，三维激光扫描仪误差为扫描仪扫描过程中的扫描仪点位误差和高程误差；

步骤二、确定模型重构过程中的误差；具体过程为：

步骤二一、确定模型重构过程中的点云配准误差；

步骤二二、确定模型重构过程中的点云去噪误差；

步骤二三、确定三角构网误差；

步骤二四、确定曲面重构误差；

步骤三、计算路面三维重构总误差；

所述步骤一中三维激光扫描仪对所选路段的路面表面进行激光测距，得到了原始的路表点云数据，确定三维激光扫描仪误差，三维激光扫描仪误差为扫描仪扫描过程中的扫描仪点位误差和高程误差；具体过程为：

根据三维激光扫描仪的测量原理，三维激光扫描仪对目标对象的测量采用极坐标方式，通过公式(1)转化为三维直角坐标；

被测目标三维坐标值P(X_P,Y_P,Z_P)的计算公式为：

式中，S为仪器与扫描点间斜距，单位为mm；β为激光束竖直方向角，单位为°；α为激光束水平方向角，单位为°；X_P为被测目标在三维直角坐标系X轴的坐标值；Y_P为被测目标在三维直角坐标系Y轴的坐标值；Z_P为被测目标在三维直角坐标系Z轴的坐标值；

对扫描仪测量点位的坐标的理论精度进行推导，有：

sinβ＝h/S

则扫描仪点位误差m_P为：

式中，m_X为测量时在X轴方向的测长误差，单位mm；m_Y为测量时在Y轴方向的测长误差，单位mm；m_Z为测量时在Z轴方向的测长误差，也叫高程误差，单位mm；m_S为测量时在斜距s方向的测长误差，单位mm；m_α为测量时在水平方向的测角误差，单位″；m_β为测量时在竖直方向的测角误差，单位″；ρ为1弧度对应的秒值，为206265；h为扫描仪架设高度；

所述步骤二一中确定点云配准误差；具体过程为：

根据Trimble RealWorks软件生成的路表点云配准报告，得到配准前后总体点云间误差ε_配；

所述步骤二二中确定模型重构过程中的点云去噪误差；具体过程为：

1)Geomagic Studio软件对配准分割处理后的点云中的每个点进行自由曲面拟合，设拟合出的自由曲面为T；

2)设点云去噪处理前的点Q(X_Q,Y_Q,Z_Q)在自由曲面T上的投影点为P(X_P,Y_P,Z_P)，则点Q到点P的距离为：

其中i＝1,2,…,n，n为测量点数；

3)采用点到曲面T的距离的标准差作为精度指标，如公式(5)所示：

取点到曲面T的距离的标准差δ作为去噪误差ε_噪；

所述步骤二三中确定三角构网误差；具体过程为：

设三角构网后的不规则三角网为V，三角构网前的点A(X_A,Y_A,Z_A)在V上的投影点为B(X_B,Y_B,Z_B)，则点A到点B的距离为：

其中i′＝1,2,…,n′，n′为构网点数；

三角构网前后点云距离的标准差公式为：

取三角构网前后点云距离的标准差作为三角构网误差ε_网；

所述步骤二四中确定曲面重构误差；具体过程为：

设三角构网后的不规则三角网V中点为B(X_B,Y_B,Z_B)，其在生成的曲面模型S中的投影点为C(X_C,Y_C,Z_C)，则点B到点C的距离为：

其中i″＝1,2,…,n″，n″为投影点点数；

曲面重构前后的距离的标准差公式为：

曲面重构前后的距离的标准差作为曲面重构的误差ε_曲。

2.根据权利要求1所述一种基于激光点云的路面三维重构误差计算方法，其特征在于：所述步骤三中计算路面三维重构总误差；具体过程为：

将各项误差的均方根作为总误差，则重构总误差为：

式中，ε_总为路面三维重构总误差；ε_仪为扫描仪误差；ε_配为点云配准误差；ε_噪为点云去噪误差；ε_网为三角构网误差；ε_曲为曲面重构误差。