隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法技术

本申请涉及隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，包括如下步骤：通过三维激光扫描，采集目标区域的点云数据；根据采集的目标区域的点云数据，计算隧道中心线坐标；将点云沿着隧道中心线进行重投影；对坐标投影后的点云进行去噪；将去噪后的点云沿着中心线展开；构建三角网模型。本方法解决了盾构隧道、矿山巷道的点云自动mesh重建问题，此类问题难度大、解决方案较少。易于编写为计算机程序，自动化程度高。将三维mesh构建问题转化为二维构建问题。降低了三角网构建的难度。效果好，贴近实际情况。最终构建的隧道表面三角网基于原始的点云数据，反映的是真实的隧道状况，保留了隧道的全部细节。无需对隧道形态进行拟合或匹配等操作。等操作。等操作。

【技术实现步骤摘要】
隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法


[0001]本专利技术涉及轨道交通
，具体而言，涉及隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法。

技术介绍

[0002]专利CN201910478093.1一种隧道建模方法及装置。根据所获取的隧道三维点云数据生成隧道反射影像，并建立所述隧道三维点云数据与所述隧道反射影像的映射关系；识别所述隧道反射影像中的所有垂直边界，并将所述隧道反射影像分割成一族单环管片子影像；对所述一组单环管片子影像进行识别，分别获取每一张单环管片子影像对应的管片块边界；获取所述隧道三维点云数据中各管片块对应的点云数据集；将所述管片块对应的点云数据集与预设的管片块理论模型库中相应的理论模型进行优化匹配，获取隧道整体模型。
[0003]该方法需要建立隧道反射影像，且需要隧道中含有垂直边界，并与理论模型进行优化匹配，实现上有一定复杂性。
[0004]专利CN201911335627.1用于盾构隧道的建模方法。首先根据设计图纸构建参数化数据库，然后和参数化族数据库合成盾构隧道建模数据库。然后使用Dynamo软件调用该数据库生成模型。
[0005]此方法调用了大量的三方软件，人工量大，自动化程度低，计算步骤繁琐，不易于实现。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，以解决上述的问题。
[0007]为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
[0008]本申请提供了一种隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，包括如下步骤：
[0009]步骤100：通过三维激光扫描，采集目标区域的点云数据；
[0010]步骤200：根据采集的目标区域的点云数据，计算隧道中心线坐标；
[0011]步骤300：将点云沿着隧道中心线进行重投影；
[0012]步骤400：对坐标投影后的点云进行去噪；
[0013]步骤500：将去噪后的点云沿着中心线展开；
[0014]步骤600：构建三角网模型。
[0015]进一步地，步骤100中，采集目标区域的点云数据，具体方法是：通过三维激光雷达扫描周围环境，采集周围环境的点云数据。
[0016]进一步地，步骤200中，根据采集的目标区域的点云数据，计算隧道中心线坐标，具体方法是：
[0017]根据步骤100获得的已知点云数据，给出隧道上一点以及隧道初始方向，可根据一
定的步长对隧道点云进行切分，并自动计算出整条隧道的中心线，包括如下步骤：
[0018]步骤210：在隧道点云上指定一点Pt
origion
以及初始方向，初始方向需要沿着隧道方向定义为XDir
origion
，垂直于初始方向定义为YDir
origion
；
[0019]步骤220：对Pt
origion
的位置进行重新计算，沿着XDir
origion
取得一定宽度d的剖面点云，计算该点云的凸包点，然后对凸包上的点均匀采样，然后计算所有采样点的中心，以此中心的位置重新作为Pt
origion
；
[0020]步骤230：从Pt
origion
沿着XDir
origion
方向按照给定的步长step，找到下一个中心点，此中心点的位置计算方法为：
[0021]Pt
new
＝Pt
origion
+XDir
origion
*step
[0022]取得Pt
new
后，按照步骤220所述方法对Pt
new
的位置进行优化，输出优化后的中心点Pt
new
，并求得新的前进方向XDir
new
，最后以Pt
new
作为Pt
origion
，以XDir
new
作为XDir
origion
，重复此步骤，直到，序终止；
[0023]步骤240：进入步骤210，将所给定的初始方向反向，其它条件不变，以处理隧道的另一个方向，即可求得整条隧道的中心线。
[0024]进一步地，步骤300中，将点云沿着隧道中心线进行重投影，具体步骤是：
[0025]步骤310：计算各个隧道中心线的顺线路方向以及横线路方向；
[0026]步骤320：对每一段中心线点之间的点云进行重投影。
[0027]进一步地，步骤310中，计算各个隧道中心线的顺线路方向，具体计算方法是：
[0028]假设各个隧道中心点的坐标为P
i
，以P1为起点的向量为P
01
，以P2为起点的向量为P
12
；P
01
＝P0‑
P1，P
12
＝P1‑
P2，以P1为起点的向量P
1Final
为中心线点P1最终的顺线路方向，P
1Final
＝(P
01
+P
12
)/2，对每一个中心点都可以求出相应的P
iFinal
，以各个中心线点为平面上一点，P
iFinal
为各个平面的法向，可以构成若干平面Plane
i
，可将隧道点云按照这些平面划分为若干块，根据各个隧道中心点计算出的顺线路方向。
[0029]进一步地，步骤320中，对每一段中心线点之间的点云进行重投影，具体步骤是：
[0030]首先计算隧道点云到中心线的距离proj
xDir
，然后以proj
xDir
为距离做一条平行于中心线的辅助线，则Plane1和Plane2将分别与该辅助线交于p
11
和p
22
，p
11
和p
22
之间的距离为d
help
；
[0031]P点到p
11
的垂直距离为proj
yDir
，proj
yDir
与P点到P1点的垂直距离的差值为d
diff
；
[0032]那么P点的真实投影距离proj
real
将采用以下公式进行计算：
[0033]proj
real
＝(proj
yDir
‑
d
diff
)/d
help
*d
line
[0034]其中，proj
real
表示P点的真实投影距离；proj
yDir
表示P点到p
11
的垂直距离；d
diff
表示proj
yDir
与P点到P1点的垂直距离的差值；d
help
表示p...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100：通过三维激光扫描，采集目标区域的点云数据；步骤200：根据采集的目标区域的点云数据，计算隧道中心线坐标；步骤300：将点云沿着隧道中心线进行重投影；步骤400：对坐标投影后的点云进行去噪；步骤500：将去噪后的点云沿着中心线展开；步骤600：构建三角网模型。2.根据权利要求1所述的隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，其特征在于，步骤100中，采集目标区域的点云数据，具体方法是：通过三维激光雷达扫描周围环境，采集周围环境的点云数据。3.根据权利要求2所述的隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，其特征在于，步骤200中，根据采集的目标区域的点云数据，计算隧道中心线坐标，具体方法是：根据步骤100获得的已知点云数据，给出隧道上一点以及隧道初始方向，可根据一定的步长对隧道点云进行切分，并自动计算出整条隧道的中心线，包括如下步骤：步骤210：在隧道点云上指定一点Pt
origion
以及初始方向，初始方向需要沿着隧道方向定义为XDir
origion
，垂直于初始方向定义为YDir
origion
；步骤220：对Pt
origion
的位置进行重新计算，沿着XDir
origion
取得一定宽度d的剖面点云，计算该点云的凸包点，然后对凸包上的点均匀采样，然后计算所有采样点的中心，以此中心的位置重新作为Pt
origion
；步骤230：从Pt
origion
沿着XDir
origion
方向按照给定的步长step，找到下一个中心点，此中心点的位置计算方法为：Pt
new
＝Pt
origion
+XDir
origion
*step取得Pt
new
后，按照步骤220所述方法对Pt
new
的位置进行优化，输出优化后的中心点Pt
new
，并求得新的前进方向XDir
new
，最后以Pt
new
作为Pt
origion
，以XDir
new
作为XDir
origion
，重复此步骤，直到，序终止；步骤240：进入步骤210，将所给定的初始方向反向，其它条件不变，以处理隧道的另一个方向，即可求得整条隧道的中心线。4.根据权利要求3所述的隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，其特征在于，步骤300中，将点云沿着隧道中心线进行重投影，具体步骤是：步骤310：计算各个隧道中心线的顺线路方向以及横线路方向；步骤320：对每一段中心线点之间的点云进行重投影。5.根据权利要求4所述的隧道点云中心线自动提取和三角网构建方法，其特征在于，步骤310中，计算各个隧道中心线的顺线路方向，具体计算方法是：假设各个隧道中心点的坐标为P
i
，以P1为起点的向量为P
01
，以P2为起点的向量为P
12
；P
01
＝P0‑
P1，P
12
＝P1‑
P2，以P1为起点的向量P
1Final
为中心线点P1最终的顺线路方向，P
1Final
＝(P
01
+P
12
)/2，对每一个中心点都可以求出相应的P
iFinal
，以各个中心线点为平面上一点，P
iFinal
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴芳芳，郭庆华，
申请(专利权)人：广州绿土智信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：