一种基于移动3D激光扫描的点云误差修正方法技术

本发明专利技术涉及隧道监测及三维测量方法技术领域，具体来说是一种基于移动三维激光扫描技术下的隧道点云模型的误差纠正处理方法，选取环与环之间缝上多个点，结合像素横向和纵向分辨率，恢复点坐标，每条缝均解得与之对应三个维度的角度偏差，对点云中任意点寻求与之距离最近的缝，使用该缝的角度纠正对应点，对所有点纠正角度误差后，重新生成隧道平铺图，点云纠正后，再通过步骤B所示纠正角度偏差，可得精准的隧道点云模型，其优点在于：精度高，速度快，自动化，实用性强，可以满足隧道收敛测量的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动3D激光扫描的点云误差修正方法
本专利技术涉及隧道监测及三维测量方法
，具体来说是一种基于移动三维激光扫描技术下的隧道点云模型的误差纠正处理方法。
技术介绍
近些年来，三维激光扫描系统在国内外，广泛用于各种轨道交通隧道监测之中。激光扫描仪用轨道小车作为搭载平台，沿地铁轨道行进，在搭载平台上，扫描仪设置为螺旋扫模式，获取地铁隧道的点云模型信息。移动激光扫描同样存在有多种误差：里程计及扫描仪随机误差、轨道超高、扫描仪安装存在偏差等因素，使得采集点云存在误差。扫描仪与隧道会产生3个方向的小角度误差，即扫描仪封顶块中心照准误差、隧道横断面照准误差、移动测量轨道行进向误差。有些系统通过引进倾角仪的方法，按照一定的频率测量小角度误差。由于扫描仪及其载体的空间姿态随着轨道的变化而变化，意味着与隧道的相对关系也产生着变化。引入倾角仪进而会引发新的问题：如何定义三个维度误差的初始状态，如何定义三个角度的变化？与此同时，引入倾角仪必然会增加系统的费用以及运维成本。如何在不添加硬件的基础上，结合隧道中存在地假设前提，推算出扫描仪与隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动3D激光扫描的点云误差修正方法，其特征在于方法的具体流程如下：/nA.前期处理准备：采用里程计与三维激光扫描仪螺旋扫描模式结合进行推扫，获得三维点云，每环沿中轴线，并结合图像填充、灰度平滑和灰度线性拉伸增强算法，生成隧道平铺图；/nB.基于展开隧道平铺图，求解封顶块中心在测量坐标系实际方位角cα3，根据扫描仪封顶块中心照准误差，修正点云倾斜角度β；/nB-1.若展开的平铺图像高度为hp，扫描仪螺旋扫描角度设置为60°～300°，每一像素对应圆心角为2π*hp/3，隧道任一像素在中心坐标系方位角cα计算公式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于移动3D激光扫描的点云误差修正方法，其特征在于方法的具体流程如下：
A.前期处理准备：采用里程计与三维激光扫描仪螺旋扫描模式结合进行推扫，获得三维点云，每环沿中轴线，并结合图像填充、灰度平滑和灰度线性拉伸增强算法，生成隧道平铺图；
B.基于展开隧道平铺图，求解封顶块中心在测量坐标系实际方位角cα3，根据扫描仪封顶块中心照准误差，修正点云倾斜角度β；
B-1.若展开的平铺图像高度为hp，扫描仪螺旋扫描角度设置为60°～300°，每一像素对应圆心角为2π*hp/3，隧道任一像素在中心坐标系方位角cα计算公式为：



式中：h为像素在屏幕坐标系高度，规定在面o_xz中，z轴为方位角起点，ox轴为方位角π/2，方位角范围为[0,2π)；
B-2.识别平铺图隧道管片上连接块和拼装块接缝，根据接缝在平铺图中的像素高度，确定方位角，并计算封装块中心方位角，公式如下：cα3＝(cα1+cα2-2π)/2，式中：cα1和cα2为隧道两侧管片上连接块和拼装块间接缝的方位角，cα3为封顶块中心方位角；
C.建立隧道扫描误差模型，识别平铺图上环与环之间的接缝，根据环缝的变形曲线，解算扫描面与隧道横断面的倾斜角γ；
C-1.隧道分析模型：简化隧道每环为椭圆柱，椭圆柱中心轴线为L1，扫描断面原点沿着线L2行进，建立标准椭圆柱坐标系O_XYZ，坐标原点在椭圆柱中心、X轴向为椭圆柱横断面长半轴或短半轴a重合，Z轴为椭圆柱横断面短半轴或长半轴b重合，Y轴与椭圆柱隧道中轴线重合且指向隧道环号递增的方向，
将扫描仪和里程计构成坐标系记为测量坐标系，记为oo_xxyyzz，扫描断面点在oo_xxzz坐标系下，里程方向为ooyy，里程方向为扫描断面法线方向；
C-2.扫描断面上，任意一点M，在标准椭圆坐标系下坐标与测量坐标系坐标之间的关系为：
式中：γ为旋转角，等价于扫描面与隧道横断面倾斜角，(XMYMZM)T为M点在标准椭圆坐标系下坐标，(xxMyyMzzM)T为M...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴廷，黄帆，李维涛，陈朋，孟斌，蒋玮，姚远，赵瑞华，
申请(专利权)人：上海市建筑科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31