[发明专利]基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法

摘要

本发明公开了一种基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法，该方法通过变角度步长的隧道最小包围盒算法提取衬砌环的点云切片，然后将提取的点云切片按椭圆或圆模型拟合求解中心坐标，再经平曲线二阶连续和纵曲线二阶连续的方法对隧道轴线进行平滑处理，最终获得高精度的隧道三维中轴线。本发明的优点是，利用三维激光扫描原始点云数据并基于最小包围盒算法自动提取单圆盾构的三维轴线，精度高，速度快，可供隧道轴线检测、直径收敛提取、生成正射影像等使用；此外，可避免传统处理方法需要预先输入隧道设计轴线或实测轴线的弊端，从而大大提高数据处理的自动化程度。

主权项

一种基于最小包围盒算法提取隧道三维轴线的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：（1）通过单站三维激光扫描获取隧道点云，将所述的隧道点云以初始角度步长绕竖直方向轴进行0°～360°的旋转，其中，k=1、2、3…，j为迭代次数，取整数，△α为固定步长的最小旋转角度；根据每次旋转后的所述隧道点云的坐标范围生成包围盒AABB，并计算其相应的体积V_i,之后从中找出最小的体积V_min；记录所述隧道点云从初始位置到包围盒AABB最小体积位置处时绕竖直方向轴旋转的角度α，并根据包围盒AABB的长边方向识别所述隧道的轴线方向；（2）在（‑α/2，α/2）角度范围内，以角度步长重复步骤（1），以更新V_min和α的值；（3）重复步骤（2），减小角度步长为，直至减小角度步长到，其中n=j，计算此时所述隧道点云从初始位置到包围盒AABB最小体积位置处时绕竖直方向轴旋转过的最终角度α，获取所述隧道点云位于该位置处时的最小包围盒AABB；   （4）基于所述隧道点云的最小包围盒AABB生成若干所述隧道衬砌环的点云切片；   （5）对步骤（4）中提取的若干所述点云切片分别进行整体椭圆或圆拟合，并分别求解得到所述椭圆或圆的三维中心坐标，将各所述三维中心坐标按里程顺序连接为空间曲线并做平滑处理，以构成所述隧道的中轴线。