[发明专利]一种隧道三维激光点云数据去噪插值方法、系统及装置

说明书

本发明提供了一种隧道三维激光点云数据去噪插值方法、系统及装置，涉及山岭隧道三维激光扫描应用技术领域，所述方法包括：获取开挖、初支和二衬断面的初始点云数据，计算所述点云数据中每个点的方位角及超欠挖值，通过差值法和均值法去噪，基于改进的克里金插值法进行插值处理，并计算超欠挖值、超欠挖面积和欠挖侵限处数等参数。通过本发明提供的方法，能够有效去除噪点群和离散噪点，提高了隧道断面超欠挖检测的精度和准确性，避免了欠挖、侵限位置的误判；并能够自动补全欠缺位置处点云数据，进一步提高了超欠挖检测的精度，使计算结果更贴合工程实际。

技术领域

本发明涉及山岭隧道三维激光扫描应用技术领域，尤其是涉及一种隧道三维激光点云数据去噪插值方法、系统及装置。

背景技术

目前，山岭隧道多采用矿山法施工，在爆破开挖的施工过程中难免会遇到超欠挖情况。为了有效控制超挖、避免欠挖，以达到节约施工成本、提高衬砌结构安全性的目的，有必要对隧道断面进行超欠挖检测。

随着科技的进步，已将三维激光扫描技术应用于隧道断面的超欠挖检测，该技术通过激光测距方式得到隧道表面各点的三维坐标值、反射率及纹理信息等，能够快速获取隧道内部的点云数据，相较于传统检测时所采用的逐点逐面进行测量的方式，所述三维激光扫描技术具有方便快捷、检测精度高、检测范围广等特点，同时能够提升施工效率和施工质量，便于施工项目管理。

由于隧道内部存在钢筋网、风管水管、设备洞室等结构，使得扫描得到的点云数据存在部分噪点，可能会导致超欠挖计算结果不够精确，以及对于欠挖、侵限位置的误判，严重影响结果的精度和准确性。绝大多数的现有研究，只是针对空气灰尘等大尺度离散噪点的去噪问题，而对隧道内存在的钢筋网、水管、风管、洞室等噪点群的去除研究相对较少，导致断面超欠挖检测参数不够精确，可能会存在欠挖侵限处数和位置的误判，无法实现山岭隧道的精细化断面检测。因此，亟需研究一种更具实用性的山岭隧道三维激光扫描点云数据精细化去噪与插值的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道三维激光点云数据去噪插值方法，以解决现有技术中存在的至少一种上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的隧道三维激光点云数据去噪插值方法，包括获取初始点云数据，以拱顶圆弧的圆心作为原点建立直角坐标系，计算所述点云数据中每个点的方位角及超欠挖值，经去噪及插值处理后计算断面超欠挖检测参数。

所述断面超欠挖检测参数包括超欠挖值、欠挖侵限处数和超欠挖面积。

通过上述方法，可有效去除噪点，提高了断面超欠挖检测的准确性；同时自动补全欠缺位置处的点云数据，进一步提高超欠挖检测的精度。

进一步地，所述去噪包括差值法去噪，所述差值法去噪包括:将所述点按照所述方位角的大小排序，计算相邻点的方位角差值及超欠挖值差值，当所述方位角差值小于第一预设阈值且所述超欠挖值差值大于第二预设阈值时进行分组去噪。

通过上述去噪方法，用于去除噪点群。

优选的，所述分组去噪的具体方法包括：基于所述第一预设阈值确定每个点的邻域，计算所述邻域内点的超欠挖值均值，基于所述邻域中每个点与所述均值的比较大小将所述邻域分成两组，根据每组中点的数量区分噪点和正常点，在少数组中的点为噪点，在多数组中的点为正常点。

进一步地，所述邻域的确定方法包括：基于某个点，以所述第一预设阈值的比例倍数确定所述点的邻域范围。

进一步地，所述第二预设阈值的确定方法包括：分别求出所述超欠挖值差值的最大值和最小值，以所述最大值与所述最小值之差的比例倍数作为所述第二预设阈值，这样便于确定合适的第二预设阈值。