城墙鼓胀的提取方法技术

本发明专利技术公开了一种城墙鼓胀的提取方法，包括：步骤1，对所测量的城墙采用三维激光扫描获取该城墙的点云数据作为原始点云；步骤2，对步骤1获取的原始点云进行预处理得到规则点云数据；步骤3，对步骤2预处理后得到的规则点云数据进行点云切片处理得到多层切片；步骤4，根据步骤3得出的多层切片构建非鼓胀点集；步骤5，通过步骤4构建的非鼓胀点集拟合得出城墙的非鼓胀拟合平面方程；步骤6，将得出城墙的非鼓胀拟合平面方程与所测量城墙的原始点云进行比较，通过比较结果提取城墙的鼓胀范围和鼓胀程度。该方法能实现城墙表面鼓胀范围、鼓胀程度精确提取的同时，显著提高城墙鼓胀病害的调查作业效率。作业效率。作业效率。

【技术实现步骤摘要】
城墙鼓胀的提取方法


[0001]本专利技术涉及外墙修复领域，尤其涉及一种城墙鼓胀的提取方法。

技术介绍

[0002]鼓胀是城墙最为严重的病害之一，传统的鼓胀提取方法是由人工目视量测或探地雷达等接触式测量方法进行范围和程度的量测。存在工作效率低、准确度差等弊端。
[0003]而目前并没有一种能精确、工作效率高且避免接触城墙实体来对城墙鼓胀的测量方法。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供了一种城墙鼓胀的提取方法，能在避免接触城墙实体前提下，准确、高效测量得到城墙鼓胀数据，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术实施方式提供一种城墙鼓胀的提取方法，包括：步骤1，对所测量的城墙采用三维激光扫描获取该城墙的点云数据作为原始点云；步骤2，对所述步骤1获取的所述原始点云进行预处理得到规则点云数据；步骤3，对所述步骤2预处理后得到的所述规则点云数据进行点云切片处理得到多层切片；步骤4，根据所述步骤3得出的多层切片构建非鼓胀点集；步骤5，通过所述步骤4构建的所述非鼓胀点集拟合得出所述城墙的非鼓胀拟合平面方程；步骤6，将得出所述城墙的非鼓胀拟合平面方程与所测量城墙的原始点云进行比较，通过比较结果提取所述城墙的鼓胀范围和鼓胀程度。
[0007]与现有技术相比，本专利技术所提供的城墙鼓胀的提取方法，其有益效果包括：通过以点云预处理、点云切片及拟合、非鼓胀点集构建、城墙初始平面拟合等步骤，实现城墙表面鼓胀范围、鼓胀程度精确提取的同时，显著提高城墙鼓胀病害的调查作业效率。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0009]图1为本专利技术实施例提供的城墙鼓胀的提取方法的流程图。
[0010]图2为本专利技术实施例提供的提取方法的建立全局坐标系的示意图。
[0011]图3为本专利技术实施例提供的提取方法的种子点延伸示意图。
[0012]图4为本专利技术实施例提供的提取方法的分段拟合第一示意图。
[0013]图5为本专利技术实施例提供的提取方法的分段拟合第二示意图。
[0014]图6为本专利技术实施例提供的提取方法的分段拟合第三示意图。
[0015]图7为本专利技术实施例提供的提取方法的鼓胀特征点识别示意图。
[0016]图8为本专利技术实施例提供的提取方法的单特征点示意图。
[0017]图9为本专利技术实施例提供的提取方法的端点非鼓胀点识别示意图。
[0018]图10为本专利技术实施例提供的提取方法的提取的鼓胀可视化结果示意图。
具体实施方式
[0019]下面结合本专利技术的具体内容，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本专利技术的限制。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0020]首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。
[0021]术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素（如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等），应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
[0022]术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
[0023]除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
[0024]当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
[0025]术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位
置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。
[0026]下面对本专利技术所提供的城墙鼓胀的提取方法进行详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本专利技术实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0027]如图1所示，本专利技术实施例提供一种城墙鼓胀的提取方法，包括如下步骤：步骤1，对所测量的城墙采用三维激光扫描获取该城墙的点云数据作为原始点云；步骤2，对所述步骤1获取的所述原始点云进行预处理得到规则点云数据；步骤3，对所述步骤2预处理后得到的所述规则点云数据进行点云切片处理得到多层切片；步骤4，根据所述步骤3得出的多层切片构建非鼓胀点集；步骤5，通过所述步骤4构建的所述非鼓胀点集拟合得出所述城墙的非鼓胀拟合平面方程；步骤6，将得出所述城墙的非鼓胀拟合平面方程与所测量城墙的原始点云进行比较，通过比较结果提取所述城墙的鼓胀范围和鼓胀程度。
[0028]上述提取方法的步骤2中，按以下方式对获取的所述原始点云进行预处理得到规则点云数据，包括：通过自动化逆向工程软件（如Geomagic Studio2013）对所述原始点云进行处理，重新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，包括：步骤1，对所测量的城墙采用三维激光扫描获取该城墙的点云数据作为原始点云；步骤2，对所述步骤1获取的所述原始点云进行预处理得到规则点云数据；步骤3，对所述步骤2预处理后得到的所述规则点云数据进行点云切片处理得到多层切片；步骤4，根据所述步骤3得出的所述多层切片构建非鼓胀点集；步骤5，通过所述步骤4构建的所述非鼓胀点集拟合得出所述城墙的非鼓胀拟合平面方程；步骤6，将得出所述城墙的非鼓胀拟合平面方程与所测量城墙的原始点云进行比较，通过比较结果提取所述城墙的鼓胀范围和鼓胀程度。2.根据权利要求1所述的城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，所述步骤2中，按以下方式对获取的所述原始点云进行预处理得到规则点云数据，包括：通过自动化逆向工程软件对所述原始点云进行处理，重新对齐所述原始点云的全局坐标系，将全局坐标系的原点选为所述城墙底部最边侧的一点，x轴沿所述城墙与地面的交线建立，z轴垂直于地面；在所述自动化逆向工程软件中执行2至3次非连接项、体外孤点的删除，删除城墙两端稀疏、冗余点云后，即得到规则点云数据。3.根据权利要求1所述的城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，所述步骤3中，按以下方式对预处理后得到的所述规则点云数据进行点云切片处理，包括：设定切片高度上、下限分别为，切片间距为d1，切片宽度为w；按设定的切片各参数对所述规则点云数据进行切片得到层切片，其中，第j层切片中离散点的z坐标范围为：。4.根据权利要求3所述的城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，所述切片高度上限距离所测量城墙的宇墙或排水口的距离为10 cm以上；所述切片高度下限距离所测量城墙所处地面的距离为10 cm以上；所述切片间距d1优选取值为20 cm～50 cm；所述切片宽度w取值为1 mm～单个城墙墙砖的宽度。5.根据权利要求1至4任一项所述的城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，所述步骤4根据所述多层切片构建非鼓胀点集是：对所述多层切片中的每层切片均按步骤41至44进行处理，得出各层切片对应的点集，由各层切片对应的点集共同组成非鼓胀点集，所述步骤41至步骤44为：步骤41，从所述多层切片中选取一层切片作为当前处理切片，对所述当前处理切片以
重采样间距d2重采样得出所述当前处理切片的离散点，在所述当前处理切片的离散点内，以离散点各自的离散曲率为变量进行聚类，提取出部分点得到种子点集；步骤42，对所述种子点集中的种子点向两端延伸，将延伸范围内与种子点相邻且与种子点y坐标之差小于距离系数的点加入该种子点集，若延伸范围内的点与种子点y坐标之差全部小于距离系数，则将该种子点从该种子点集中剔除；步骤43，从所述当前处理切片的离散点中剔除所述种子点集由剩余离散点构成第二点集，将该第二点集降维转化为新点集，对所述新点集中的离散点进行分段曲线拟合，组成处处光滑可导的一阶连续高精度拟合曲线；步骤44，将得到的所述高精度拟合曲线在所述新点集中各点的x坐标处进行离散，得到的改正坐标的离散点构成点集P。6.根据权利要求5所述的城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，所述步骤41中，按以下方式对所述当前处理切片重采样得出所述当前处理切片的离散点，在所述当前处理切片的离散点内，以离散点各自的离散曲率为变量进行聚类，提取出部分点得到种子点集，包括：将所述当前处理切片的点云按重采样间距d2重新采样得到离散点，采用K
‑
means方法对采样得到的离散点以离散点各自的离散曲率为变量进行聚类；将聚类后离散曲率最大的簇中包含的离散点提取出来作为种子点组成种子点集；所述步骤42中，按以下方式对所述种子点集中的种子点向两端延伸，将延伸范围内与种子点相邻且与种子点y坐标之差小于距离系数的点加入该种子点集，若延伸范围内的点与种子点y坐标之差全部小于距离系数，则将该种子点从该种子点集中剔除，包括：设定区域范围系数和距离系数S；分别以所述种子点集中的每个种子点为中心，按区域范围系数向两端范围内的离散点延伸，延伸过程中，按以下方式进行处理，包括：步骤421，判断种子点与一侧的相邻离散点y坐标值之差的绝对值是否小于距离系数S，若是，则将一侧的相邻离散点视为新种子点，并执行步骤422；若否，则执行步骤423；步骤422，判断新种子点与这一侧的相邻离散点的y坐标之差的绝对值是否小于距离系数S，若是，则将这一侧的相邻离散点视为新种子点，并重复执行步骤422，直到新种子点与这一侧的相邻离散点的y坐标之差的绝对值大于距离系数S或种子点延伸至范围内所有离散点，若确认新种子点与这一侧的相邻离散点的y坐标之差的绝对值大于距离系数S，
则执行步骤423；若确认种子点延伸至范围内所有离散点，则执行步骤424；步骤423，停止这一侧种子点之后的延伸，将最初的种子点与这一侧延伸得到的所有新种子点加入所述种子点集，并结束种子点向这一侧的延伸；步骤424，将区域范围系数内所有离散点从所述种子点集中剔除，并结束种子点向这一侧的延伸；所述步骤43中，按以下方式将该第二点集转换为新点集，对所述新点集中的离散点进行分段曲线拟合，组成处处光滑可导的一阶连续高精度拟合曲线，包括：根据切片宽度w，忽略该第二点集中各离散点的z坐标，将该第二点集中的所有离散点降维至二维空间的离散点，由只保留x、y坐标的各离散点构成新点集；通过多项式函数与Hermite插值函数交替对所述新点集的各离散点进行分段曲线拟合，拟合方法包括：步骤431，确定分段拟合曲线的分段数和每段拟合曲线包含的离散点个数，将所述点集中的点均匀分配给各段拟合曲线；所述点集的每段拟合曲线包含个离散点，共分为 段，则各段拟合曲线实际包含个离散点；步骤432，根据第一段拟合曲线的离散点 ，确定拟合曲线的第一拟合多项式方程为：
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（1）；上述式（1）中，b为曲线拟合次数；为多项式拟合的待定回归系数；为多项方程中的变量x1的c次方；步骤433，将得到的所述第一拟合多项式方程在处进行离散，得到离散点集；步骤434，取所述新点集中第n1个至第2n1个点构成离散点集
，和所述步骤433离散得到的离散点集，对离散点进行加权，对加权后的两个点集中的全部离散点再次拟合得到第二拟合多项式方程；步骤435，将所述第二拟合多项式方程在处进行离散，得到离散点集；步骤436，将得到的两段拟合多项式方程对应的离散点集和中，在x方向上的重合部分用插值曲线表示，使两段多项式的曲线一阶连续，包括：以和为插值曲线的两个端点，通过解出下述约束条件中的参数，求出Hermite插值函数的系数，使两段拟合多项式的曲线光滑连续一阶可导，设插值曲线的函数式：，则约束条件为：
；上述约束条件式中，各参数的含义为：G代表插值多项式的函数式；、分别为两条多项式函数的函数式；、、、分别为插值多项式的系数；步骤437，重复上述步骤433至步骤436，直至得到一条完整、连续的高精度拟合曲线。7.根据权利要求6所述的城墙鼓胀的提取方法，其特征在于，所述重采样间距d2取值大于1个城墙墙砖长度，小于2个城墙墙砖长度；所述聚类中心数量设为4～5个；所述区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯柏程，胡云岗，侯妙乐，冯禹棠，鄢胜，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：