一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法，本发明专利技术方法通过对对接实体结构进行相机拍摄并转化为点云数据，对固定标准钢结构与待对接标准钢结构点云数据分别进行计算区间选取、点云截取，并分别对其进行两次二维平面投影、区间边界点提取、点云中心点计算、二维中心线方程拟合，最后通过两个二维方程的联立，分别求解出两个结构的三维直线方程。将两个三维直线方程带入角度计算方程求出两中心线的角度误差值，并与工程要求进行比较，以确定是否具有对接可能。本发明专利技术专利通用性强、效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法
本专利技术涉及标准钢结构的中心线角度误差检测方法，属于建筑测绘
，尤其涉及一种基于投影法的标准钢结构中心线方程提取与检测方法。
技术介绍
大型建筑模块化设计搭建降低了整体建筑的建造难度，但模块的个体误差会导致拼接后的整体累计误差增大，尤其是对于大型钢结构建筑的角度误差，过大的角度误差可能会导致建筑体的稳定性下降，严重可能会使模块间难以焊接，多次的模块修整与吊装作业会造成人力物力的浪费，所以对于各模块关键钢结构的中心线方程提取与误差分析是工程建造的前提。申请号为CN201610813932.7中国专利公开了专利技术名称为“基于三维激光扫描仪的大型工艺管线对接平直度测量方法”的专利技术专利，该专利采用基于半径的最小二乘圆柱拟合法得到管线的目标函数,然后利用高斯牛顿法求解参数，此方法适用于圆柱形结构，不适用于不具有特定约束方程的平面型钢结构的中心线信息获取。对于建筑中常用的平面型标准钢结构，目前更多使用于借助工具或特殊方法进行实地测量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法,该方法适用于所有平面型标准钢结构的中心线三维直线方程提取，适用性强、精度高。本专利技术的一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法，包括以下步骤：步骤一、处理两个标准钢结构的图像，具体步骤为：第一步，采用点云相机拍摄两个标准钢结构的图像，其中一个标准钢结构位置固定,记作固定标准钢结构，另一个标准钢结构能够移动，记作移动标准钢结构，所述的移动标准钢结构需调节位置使得移动标准钢结构与固定标准钢结构同中心线设置；第二步，将固定标准钢结构和移动标准钢结构的图像分别导入计算机并采用PCL点云库进行文件格式转换与降噪处理得到两个标准钢结构图像的点云数据；第三步，截取固定标准钢结构的点云图像中靠近两个标准钢结构对接处的点云柱段数据；步骤二、通过最小二乘方法拟合得到固定标准钢结构点云柱段图像的中心线三维空间方程：第一步，在Matlab图像处理模块里建立O-XYZ三维空间坐标系；第二步，将截取的固定标准钢结构的点云柱段图像在XOZ平面上投影，然后在Z轴上选取计算区间[Z0,ZN]以及计算区间中相邻的两个Z轴坐标值之间的距离，然后在计算区间[Z0,ZN]采用平行于X轴的多条切线将点云柱段图像的投影等距划分成多个点云段,其中Z0为所取计算区间Z坐标最小值，ZN为所取计算区间Z坐标最大值；第三步，计算各点云段的中点坐标，设第K个点云段的中点坐标值为，其中：式中和分别代表第K个点云段在X轴坐标的最大值和最小值，和分别代表和所对应的Z坐标值；第四步，对计算出的所有点云段的中点坐标在XOZ平面进行基于最小二乘法的直线拟合，拟合出的直线方程为：式中和分别为在XOZ平面拟合方程的斜率与截距；第五步，采用与第二步至第四步相同的方法将截取的固定标准钢结构的点云柱段图像在YOZ平面上进行基于最小二乘法的拟合计算，得到拟合出的三维空间中心线方程在YOZ上的投影方程：式中和分别为在YOZ平面上拟合方程的斜率与截距；第六步，将第四步和第五步得到的方程联立，得到固定标准钢结构点云柱段图像的中心线的三维直线方程：步骤三、截取移动标准钢结构的点云图像中靠近两个标准钢结构对接处的点云柱段数据；然后重复步骤二中的第二步至第六步计算得到移动标准钢结构点云柱段图像的中心线的三维直线方程：式中、分别移动标准钢结构点云图像在XOZ面上拟合方程的斜率与截距，和分别移动标准钢结构点云图像在YOZ面上拟合方程的斜率与截距；步骤四、计算移动标准钢结构的中心线和固定标准钢结构的中心线的角度误差，公式为：步骤五、若工程中允许的最大角度误差为，当，则两个标准钢结构之间的角度误差满足工程要求，能够进行拼接。本专利技术的有益效果是：本专利技术适用于标准钢结构点云数据的中心线方程提取，本方法通用性强、精度较高，可以通过所需精度选取计算区间，从而快速得到点云结构的中心线方程并进行中心线角度误差计算，指导施工现场的对接，本方法适用由平面所组成的钢结构立柱，如标准工字型钢、H型钢、箱型钢等。附图说明图1是本专利技术的一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法的工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法，包括以下步骤：步骤一、处理两个标准钢结构的图像，具体步骤为：第一步，采用点云相机拍摄两个标准钢结构的图像，其中一个标准钢结构位置定固,记作固定标准钢结构，另一个标准钢结构能够移动，记作移动标准钢结构，所述的移动标准钢结构需调节位置使得移动标准钢结构与固定标准钢结构同中心线设置。第二步，将固定标准钢结构和移动标准钢结构的图像分别导入计算机并采用PCL点云库进行文件格式转换与降噪处理得到两个标准钢结构图像的点云数据；第三步，截取固定标准钢结构的点云图像中靠近两个标准钢结构对接处的点云柱段数据；步骤二、通过最小二乘方法拟合得到固定标准钢结构点云柱段图像的中心线的三维空间方程：第一步，在Matlab图像处理模块里建立O-XYZ三维空间坐标系，建立准则为XOY平面平行于固定标准钢结构的待对接端面，Z轴垂直于XOY平面；第二步，将截取的固定标准钢结构的点云柱段图像在XOZ平面上投影，然后在Z轴上选取计算区间[Z0,ZN]以及计算区间中相邻的两个Z轴坐标值之间的距离（Z0为所取计算区间Z坐标最小值，ZN为所取计算区间Z坐标最大值）,计算区间[Z0,ZN]选取的方法通常是截取点云段Z坐标最大值与最小值差值的0.3至0.5倍，值通常根据截取的点云边界稀疏程度选取，一般取计算区间长度的0.02至0.05倍，点云越密集则值一般选取越小，然后在计算区间[Z0,ZN]采用平行于X轴且距离为的多条切线将点云柱段图像的投影等距划分成多个点云段；第三步，计算各点云段的中点坐标，设第K个点云段的中点坐标值为，其中：式中和分别代表第K个点云段在X轴坐标的最大值和最小值，和分别代表和所对应的Z坐标值；第四步，对计算出的所有点云段的中点坐标在XOZ平面进行基于最小二乘法的直线拟合，拟合出的直线方程为：式中和分别为在XOZ平面拟合方程的斜率与截距。推导过程如下：设所有点云段的中点在该平面的二维拟合方程为：其中为拟合方程的待求参数。则利用该方程计算出某一投影点的x坐标值与真实值的误差函数为：设待拟合点共有n个，所有参考点的平方误差函数可以表示为：Q函数是与的函数，对平方误差函数求偏导，当偏导数为0时，表示该参数使函数处于极小值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、处理两个标准钢结构的图像，具体步骤为：/n第一步，采用点云相机拍摄两个标准钢结构的图像，其中一个标准钢结构位置固定,记作固定标准钢结构，另一个标准钢结构能够移动，记作移动标准钢结构，所述的移动标准钢结构需调节位置使得移动标准钢结构与固定标准钢结构同中心线设置；/n第二步，将固定标准钢结构和移动标准钢结构的图像分别导入计算机并采用PCL点云库进行文件格式转换与降噪处理得到两个标准钢结构图像的点云数据；/n第三步，截取固定标准钢结构的点云图像中靠近两个标准钢结构对接处的点云柱段数据；/n步骤二、通过最小二乘方法拟合得到固定标准钢结构点云柱段图像的中心线三维空间方程：/n第一步，在Matlab图像处理模块里建立O-XYZ三维空间坐标系；/n第二步，将截取的固定标准钢结构的点云柱段图像在XOZ平面上投影，然后在Z轴上选取计算区间[Z

【技术特征摘要】
1.一种基于投影法的标准钢结构中心线角度误差检测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、处理两个标准钢结构的图像，具体步骤为：
第一步，采用点云相机拍摄两个标准钢结构的图像，其中一个标准钢结构位置固定,记作固定标准钢结构，另一个标准钢结构能够移动，记作移动标准钢结构，所述的移动标准钢结构需调节位置使得移动标准钢结构与固定标准钢结构同中心线设置；
第二步，将固定标准钢结构和移动标准钢结构的图像分别导入计算机并采用PCL点云库进行文件格式转换与降噪处理得到两个标准钢结构图像的点云数据；
第三步，截取固定标准钢结构的点云图像中靠近两个标准钢结构对接处的点云柱段数据；
步骤二、通过最小二乘方法拟合得到固定标准钢结构点云柱段图像的中心线三维空间方程：
第一步，在Matlab图像处理模块里建立O-XYZ三维空间坐标系；
第二步，将截取的固定标准钢结构的点云柱段图像在XOZ平面上投影，然后在Z轴上选取计算区间[Z0,ZN]以及计算区间中相邻的两个Z轴坐标值之间的距离，然后在计算区间[Z0,ZN]采用平行于X轴的多条切线将点云柱段图像的投影等距划分成多个点云段,Z0为所取计算区间Z坐标最小值，ZN为所取计算区间Z坐标最大值；
第三步，计算各点云段的中点坐标，设第K个点云段的中点坐标值为，其中：






式中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，张庆恩，
申请(专利权)人：博迈科海洋工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12