[发明专利]基于旋转面的采空区激光扫描点云三角剖分方法

摘要

本发明公开了一种基于旋转面的采空区激光扫描点云三角剖分方法，包括以下步骤：①通过球面投影，将无规律的实测扫描点云转换为一圈一圈的球面投影点云，对球面投影点云进行插值，修复原有的空间拓扑关系，并同步对实测扫描点云进行插值。②由球面上圈上的点和中心旋转轴生成旋转面，搜素邻圈距离旋转面最近的点，构建最优格网。③采用中间位置判断法对最优格网进行三角剖分，并同步对采空区原位点云进行三角剖分，获得采空区的三角网格模型。本发明方法效率高、准确性高。

主权项

一种基于旋转面的采空区激光扫描点云三角剖分方法，其特征在于: 使用激光扫描探测设备对采空区进行探测，通过连接杆将激光扫描头伸入采空区，扫描头360°旋转并通过激光连续探测采空区边界点信息，扫描头扫描一圈得到的点依次相连，形成一个扫面圈；扫描完一圈后扫描头自动抬高预设角度并进行新一圈的扫描，直至完成全部的探测工作；最终得到Y个扫描圈； 然后按以下步骤进行激光扫描点云三角剖分： 步骤一：设定投影球面，计算得到投影点云数据：将扫描头位置设定为球面的球心，球面的半径设定为采场设计长度的0.5～2倍；通过球面投影方法把扫描圈上的点投影到球面上，形成与Y个扫描圈对应的Y个投影圈，依次记为Q₁圈，Q₂圈，…，Q_y圈，…，Q_Y圈；其中y为投影圈序号； 步骤二：进行插值处理: 依次判断各个投影圈上是否存在点缺失,方法为：如果某个投影圈上的点为一系列等间距的点，则不存在点数据缺失，不进行插值处理；如果投影圈上局部的相邻两点之间距离大于该圈点间平均距离的1.5倍,则认为距离过大，则说明存在点缺失，需要进行插值处理；对所有的投影圈和该投影圈对应的扫描圈进行插值； 步骤三：基于旋转面提取最优格网: 以投影球面上所有投影圈的中心点连线为旋转轴，依次从Q_y圈中按照顺序提取点Q_y，i与旋转轴组成平面，搜索邻圈Q_y+1圈上距离此平面最近的点；从Q_y圈中提取点Q_y，i+1与旋转轴组成平面，搜索邻圈Q_y+1圈上距离此平面最近的点，则点Q_y，i、点Q_y，i+1和在邻圈Q_y+1圈上搜索到的分别距两个相邻平面最近的点组成的闭合圈，近似为一个格网，定义为最优格网； 其中Q的下标y为投影圈的序号，y＝[1，Y]；i为投影圈上的点的序号，i＝[1，I]，I为投影圈上的点数； 令y的初始值为1，i的初始值为1，依次搜索提取出球面上所有的最优格网； 步骤四：基于最优格网进行球面上投影圈的三角剖分: 设在邻圈Q_y+1圈上搜索到的分别距两个相邻平面两个最近的点为点Q_y+1，n 和点Q_y+1，m； 若Q_y+1，n和Q_y+1，m为Q_y+1圈上相邻的两个点,则(Q_y+1，n，Q_y+1，m，Q_y，i)构成一个三角形，(Q_y+1，m，Q_y，i，Q_y，i+1)构成一个三角形； 若Q_y+1，n和Q_y+1，m为Q_y+1圈上的同一个点,则(Q_y，i，Q_y，i+1，Q_y+1，n)构成一个三角形； 若Q_y+1，n和Q_y+1，m为Q_y+1圈上两个不相邻点的两个点，则采用中间位置判断法对最优格网进行三角剖分，具体地： 取p为(n+m)/2的值的整数部分，点Q_y+1，p即为点Q_y+1，n和点Q_y+1，m的中间位置点；对于点Q_y+1，x，当n≤x<p时，(Q_y+1，x，Q_y+1，x+1，Q_y，i)组成三角形；当x＝p时，(Q_y，i，Q_y，i+1，Q_y+1，x)组成三角形；当p<x≤m时，(Q_y+1，x，Q_y+1，x‑1，Q_y，i+1)组成三角形；其中下标n、m、p、x为Q_y+1圈上的点Q_y+1，n，Q_y+1，m，Q_y+1，x，Q_y+1，p的序号； 按这种方法，生成球面投影点云的三角网格模型； 步骤五：根据投影点云和实测扫描点云的投影对应关系,对应生成实测扫描点云三角网格模型。