[发明专利]一种基于图像特征和三维点云技术的散料体积测量方法

说明书

本发明公开了一种基于图像特征和三维点云的散料体积测量方法，包括：于铲车上固定设置三维激光雷达和数字相机，获得铲斗及其装载物全貌信息；点云数据的采集和预处理，通过滤波和聚类算法优化采集到的点云数据；融合图像和点云信息，标定激光雷达和数字相机之间的参数，将点云投影到像素平面，融合图像的直线特征和点云信息；获取基准平面；三角化散料表面点云，通过贪心三角化对降采样后的点云划分三角网格；计算体积：计算每一个三角网格对应的斜截三棱柱的体积，然后进行累加得到最终散料体积。本发明方法计算速度快，步骤简单，结果准确；通过采集铲斗的点云和图像信息，实现实时的体积计算，适于建筑工地等工矿复杂环境中的实时监测。

技术领域

本发明属于工程测量技术领域，具体涉及一种基于图像特征和三维点云技术的散料体积测量方法。

背景技术

当前工程现场深厚覆盖层超规范振冲成桩工艺的质量管控困难，特别是冲桩深(35M)、振动强(振冲器超200KW)、成孔不规则，使现场随机填料量难以精确统计。因此，需要一种快速精准的散料体积测量方法，通过转动提取散料体积，一方面可以提高工程的实施效率，另一方面也可以避免因人为疏忽造成的用料不足问题，提高工程建设的质量和速度。

近年来，随着三维激光雷达技术的迅猛发展，这种能快速获取周围环境信息的传感器在众多领域都获得了广泛的应用。激光雷达作为主动获取环境信息的传感器。与传统的视觉传感器相比，具有更好的抗干扰能力和更高的精度，并且能更快捷精准地获取环境的深度信息。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对实际工程实施过程中对散料体积快速精准测量的需求，提出一种基于图像特征和三维点云技术的体积测量方法，其计算速度快，结果准确，能够适应于建筑工地等复杂工作环境。

本发明散料体积测量方法应用于建筑工程施工的散料回填或短距离散料转运施工等作业中，通常散料运输采用铲斗挖掘机进行，其铲装和倾倒均为机械作业；本发明通过对挖掘机铲斗的实时测量获得散料体积快速精准测量。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于图像特征和三维点云的散料体积测量方法，包括以下方法：

步骤一、于铲车上固定设置三维激光雷达和数字相机，获得铲斗及其装载物全貌信息；

步骤二、点云数据的采集和预处理：通过滤波和聚类算法优化采集到的点云数据；

步骤三、融合图像和点云信息：标定激光雷达和数字相机之间的参数，将点云投影到像素平面，融合图像的直线特征和点云信息；

步骤四、获取基准平面；

步骤五、三角化散料表面点云：通过贪心三角化对降采样后的点云划分三角网格；

步骤六、计算体积：计算每一个三角网格对应的斜截三棱柱的体积，然后进行累加得到最终散料体积。

进一步所述步骤二点云数据的采集和预处理包括：

步骤201、考虑到此方法是在铲车作业过程中持续进行的，所以缩短点云数据的采集时长，以减少晃动引起的误差。取采集时长为0.2秒，即0.2秒内采集到的点云存为一帧；