[发明专利]一种基于三维激光扫描仪的大型洞库容量测量方法

摘要

本发明公开了一种基于三维激光扫描仪的大型地下洞库容量测量方法。该方法中首先利用三维激光扫描仪获取地下洞库壁面完整的坐标点云数据，然后对点云数据进行处理和计算获得洞库容积表。点云处理过程中首先根据实际情况将洞库分成多个区域，分别计算各区域洞库容积，获得各区域的容积表，将不同区域的容积表叠加可获得统一的容积表。在洞库分区过程中采取了人工粗分与计算机辅助精确划分相结合的方法，人工选择到目标区域计算机程序就可以给出该区域中心点坐标；单个洞库区域容积计算中采用水平棱台体积叠加法；水平棱台的底面积计算采用矩形微元法，能够适应复杂图形面积计算。本发明能够适应各类异型复杂洞库的容积测量，并具有较高的准确性。

主权项

1.一种基于三维激光扫描仪的大型洞库容量测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)利用三维激光扫描仪获取地下洞库壁面完整的、高质量的点云数据；

(2)根据实际情况，采取人工粗分与计算机辅助精确划分相结合的方法将洞库分成多个区域；

(3)对各个区域的容量分别进行计算，将区域从下至上划分为多个水平棱台，采用矩形微元法计算棱台的底面积，底面积乘以棱台高度得到棱台体积，某一水平高度以下区域的容积计算采用棱台体积叠加获得；

(4)基于点云数据计算地下洞库的容积表，将各个区域的容量计算结果按Z方向坐标数值整合叠加，获得地下洞库容量与高度的关系表格即容积表。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描仪的大型洞库容量测量方法，其特征在于：步骤(2)中对于地下洞库区域划分，首先选择需要划分的部分，手工在该部分两区域相交Z方向接近最高和最低处的层高内分别选择一个空间点p1(a1,b1,c1)和p2(a2,b2,c2)，给定X、Y、Z方向的鉴别区域，δx,δy,h₀；x和y方向以p1,p2为中点计算机程序将该鉴别区域内所有点云三个方向的坐标值分别进行平均值计算，这些平均值认定为鉴别域中心点坐标，其Y和Z方向的中心坐标值记为y_max,y_min,z_max,z_min；在YOZ平面内上下两个点P_up(y_max,z_max)和P_lower(y_min,z_min)确定一条直线：

后续计算各个棱台水平截面积时，相交部分无点云区域边界线Y坐标值由这个直线方程确定。

3.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描仪的大型洞库容量测量方法，其特征在于：步骤(3)中对于矩形微元法计算水平棱台底面积时，以洞库X方向比较长的情况为例，首先确定点云数据X方向最大和最小值，在X方向以Δx为步长将整个区域划分成m个矩形微元，在各微元矩形内进行点云Y坐标查询，确定Y坐标的最大值y_max和最小值y_min，然后分别在[y_max‑ΔΔy,y_max]和[y_min，y_min+ΔΔy]范围内搜寻存在的点云，其中ΔΔy的大小根据实际情况进行设定；假如分别存在k₁和k₂个点云，这些点云的y坐标分别为y₁₁,y₁₂,…,和y₂₁,y₂₂,…,则微元矩形上下边的y坐标值取这些点云坐标的算数平均值,可得到矩形微元上下两边的y坐标值，即可获得矩形微元的面积。洞库Y方向比较长的情况也同样处理，只是将X坐标换成Y坐标，Y坐标换成X坐标。

4.根据权利要求1所述的一种基于三维激光扫描仪的大型洞库容量测量方法，其特征在于：步骤(3)中在采用矩形微元法计算棱台底面积时，为了能够处理棱台水平截面图形不连续的情况，还是以洞库X方向较长的情况为例，首先设定一个长度标尺d₀，并记d为无点云区域长度，以Δx为步长划分区域，当d＞d₀，从寻找到的下一个点处以Δx为步长继续划分区域；当d＜d₀，则沿用上一组数据进行计算。Y方向同样处理。