[发明专利]基于设计-实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法

说明书

本发明涉及桥梁工程构件基于三维点云的数字预拼装匹配领域，具体涉及到基于设计‑实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法。对具有拼装关系的两个预制梁体的三维数字点云计算有向包围盒，并形成两个点云切片及设计点云；采用迭代最近点算法，将两个点云切片分别与所生成的设计点云作配准；拟合提取两个待拼装构件的预拼装界面的边界特征、角点特征；先后使用普氏分析、迭代最近点算法实现拼装面的粗略匹配与精细匹配，计算界面匹配度误差并评价拼装结果。本发明引入设计点云以实现对欲提取特征附近点云的筛选，采用多种算法结合的方式进行待拼装构件姿态调整，不仅提高了自动化程度减少人工干预，而且提高了数字预拼装匹配精度，节省计算时间。

技术领域

本发明涉及桥梁工程构件三维数字点云的数字预拼装匹配，具体涉及到基于设计-实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法。

背景技术

三维激光扫描技术直接快速获取物体表面海量三维坐标数据，具有测量效率高、自动化程度高、检测人员工作强度低、数据量大、数据处理效率高等优点，相比传统测量技术更具有广阔的应用前景。由三维激光扫描仪采集的三维点云数据能够将被测物体表面点坐标信息以三维数字点云的形式呈现，不仅直观易读，而且突破了传统单点式检测。基于上述优点，三维激光扫描技术和三维数字点云被越来越多的应用在桥梁工程领域，通过识别三维数字点云中的构件几何特征，实现预制构件制造质量检测、施工监控、桥梁运营状态监控等，然而如何从包含海量三维坐标信息的数字点云中快速识别所需特征，如何基于三维数字点云实现预制梁体数字预拼装、面对复杂的几何特征如何实现精准地拟合，提高计算效率与自动化程度，亟待解决。

发明内容

本发明针对桥梁工程构件的三维数字点云，提出基于最迭代最近点法、普氏分析算法及特征拟合算法的预制梁体数字预拼装匹配方法，易于编程实现，相较于传统方法，提高计算效率与自动化程度。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的基于设计-实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法，步骤如下：

步骤(1)、分别对具有拼装关系的两个预制梁体的三维数字点云计算有向包围盒，基于两个预制梁体的三维数字点云的几何特征实现三维坐标校准；针对校准后的两个预制梁体的三维数字点云，在两个预制梁体的拼装界面分别作两个点云切片；基于所作两个点云切片共同包含的拼装界面，针对该拼装界面所包含的设计信息生成离散的设计点云；

步骤(2)、采用迭代最近点算法，将步骤(1)中两个预制梁体的拼装界面点云切片分别与所生成的设计点云作配准；在设计点云坐标范围的基础上设置距离阈值，对两个拼装界面点云切片进行去噪；

步骤(3)、基于步骤(2)中的设计点云坐标范围，对去噪后的两个点云切片进行分块；根据所需拟合的特征选取拟合函数与拟合算法，拟合提取两个待拼装构件拼装界面的边界特征、角点特征；

步骤(4)、基于步骤(3)中两个待拼装构件的预拼装界面中拟合的边界特征、角点特征，首先采用普氏分析算法实现拼装界面粗略匹配，随后采用迭代最近点算法实现拼装界面精细匹配，将点云调整至最终拼装姿态，计算拼装界面匹配度误差并评价拼装结果。

本发明所述的基于设计-实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法，步骤(1)具体步骤如下：

步骤1.1、分别对具有拼装关系的两个预制梁体的三维数字点云计算有向包围盒，使三维坐标系X轴、Y轴、Z轴方向分别与构件梁宽、梁长、梁高方向平行，实现坐标校准；

步骤1.2、针对两个预制梁体的拼装界面特征，分别在坐标校准后的两个三维数字点云的拼装界面处作平行于XOZ坐标平面的点云切片，即切片点云P₁、切片点云Q₁；

其中切片厚度取两倍实测点云密度；表述式如下：