一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法技术

本发明专利技术公开了一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，该方法包括以下步骤：一、待测沟壑区域的点云获取；二、待测沟壑区域的点云的切片；三、待测沟壑区域的点云切片的聚类及插值处理；四、获取后一期点云切片相对前一期点云切片的切面变化面积；五、待测沟壑区域的体积变化量获取。本发明专利技术方法步骤简单，设计合理，获取待测沟壑区域沿高程方向各个点云切片的体积变化量，进而累加得到待测沟壑区域整体的体积变化量，提高了沟壑体积变化量计算的准确性，以适应沟壑地形。以适应沟壑地形。以适应沟壑地形。

【技术实现步骤摘要】
一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法


[0001]本专利技术属于沟壑体积变化测量
，尤其是涉及一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法。

技术介绍

[0002]高精度地形变化监测为沟壑区域变化、地质灾害、地表沉降等过程研究提供了有效手段。随着遥感技术的快速发展，基于三维激光扫描等获取的三维点云已成为高精度地形变化监测的重要数据源。基于点云的地形变化监测方法可将获取的地形变化点云转换为体积变化量，因此，地形变化点云向体积变化量的转换是提升侵蚀量化精度的关键环节。传统二维方法将地形变化点云直接转换为规则的二维栅格，栅格属性值为其所包含变化点云值的函数，栅格面积与乘栅格属性值相乘得到栅格对应的体积变化量，将不同栅格的体积变化量进行加和可得研究区的体积变化。该方法在地形平缓区域适用性较好，然而对于地形陡峭区域，如沟壑区域，其适用性受到挑战。
[0003]因此，需要一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，获取待测沟壑区域沿高程方向各个点云切片的体积变化量，进而累加得到待测沟壑区域整体的体积变化量，提高了沟壑体积变化量计算的准确性，以适应沟壑地形。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，其方法步骤简单，设计合理且实现方便，获取待测沟壑区域沿高程方向各个点云切片的体积变化量，进而累加得到待测沟壑区域整体的体积变化量，提高了沟壑体积变化量计算的准确性，以适应沟壑地形。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、待测沟壑区域的点云获取：步骤101、建立空间直角坐标系；其中，以待测沟壑区域外侧左下方的稳定区任意一点为原点O，以过原点O且沿架站区连线为X轴，过原点O且与X轴垂直的方向为Y轴，以过原点O垂直于由X轴和Y轴形成的平面OXY且沿高程方向为Z轴，建立空间直角坐标系OXYZ；步骤102、采用地面三维激光扫描仪对待测沟壑区域进行扫描，获取第1期的激光点云，...，第期的激光点云，...，第期的激光点云；其中，和均为正整数，，；步骤二、待测沟壑区域的点云的切片：在OXYZ坐标系下，采用计算机按照相邻两期的点云切片厚度，将第期的激光点云沿Z轴方向做多个切平面并将多个切平面从下至上进行排序依次记作第1个切平面，...，第个切平面，...，第个切平面；其中，和均为正整数，且；任一个切平面平行平面OXY，第1个切平面和第个切平面之间相邻两个切平面的间距为，
第1个切平面距离第期的激光点云的最小Z轴坐标处的间距为，第个切平面与第期的激光点云的最大Z轴坐标之间的间距记作,且不大于；步骤三、待测沟壑区域的点云切片的聚类及插值处理：步骤301、当处于1～时，采用计算机将第个切平面上方及下方Z轴方向范围内的点云投影至第个切平面，得到第期第个点云切片；当取时，采用计算机将第个切平面上方Z轴方向的剩余点云及下方Z轴方向范围内的点云投影至第个切平面，得到第期第个点云切片；步骤302、采用计算机利用FCM聚类算法对第期第个点云切片上的点进行聚类，将第期第个点云切片上各个点划分为个类簇，并得到个类簇的聚类中心点；其中，为正整数；步骤303、采用计算机利用三次B样条插值函数对第期第个点云切片上个聚类中心点进行插值处理，得到第期第个点云切片上插值点集；步骤四、获取后一期点云切片相对前一期点云切片的切面变化面积：步骤401、按照步骤二至步骤三所述的方法，采用计算机对第期的激光点云进行处理，得到第期第个点云切片上插值点集；步骤402、采用计算机将第期第个点云切片上插值点集和第期第个点云切片上插值点集同步绘制在平面OXY上，且和中相交的相邻两个交点将和之间围设的区域划分为第1个切面区块，..，第个切面区块，..，第个切面区块，并得到各个切面区块的面积；其中，第个点云切片上第个切面区块的面积记作；其中，和均为正整数，且，表示第个点云切片上切面区块的总数；步骤五、待测沟壑区域的体积变化量获取：步骤501、对第个点云切片上第个切面区块进行判断，如果第个点云切片上第个切面区块中第期插值点的Y轴坐标大于第期插值点的Y轴坐标，则第个切面区块为负地形区，则第个点云切片上第个切面区块的面积取正值；如果第个点云切片上第个切面区块中第期插值点的Y轴坐标小于等于第期插值点的Y轴坐标，则第个点云切片上第个切面区块为正地形区，则第个点云切片上第个切面区块的面积取负值；步骤502、根据第个点云切片上第个切面区块的面积，获取第个点云切片上第个切面区块的变化体积，进而得到第个点云切片的变化体积；步骤503、将各个点云切片的变化体积累加得到待测沟壑区域第期相对第
期的体积变化量。
[0006]上述的一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，其特征在于：步骤二中相邻两期的点云切片厚度的获取，具体过程如下：步骤201、采用计算机从第期的激光点云中随机选择点云组成第个点云集合；其中，第个点云集合中第个点记作，，表示第个点云集合的总数；步骤202、采用计算机获取第个点云集合中第个点与第期的激光点云中各个点的欧式距离，并将各个欧式距离按照从大到小的顺序排序，获取后个欧式距离；其中，与对应的后个欧式距离中第个欧式距离记作；步骤203、根据公式，得到第期的激光点云的平均点间距；步骤204、按照步骤201至步骤203所述的方法，得到第期的激光点云的平均点间距；并对和进行平均值处理，得到相邻两期的平均点间距；步骤205、根据公式，得到相邻两期的点云切片厚度；其中，为常数且取值为0.5。
[0007]上述的一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，其特征在于：步骤402中得到各个切面区块的面积的方法均相同，其中，得到第个点云切片上第个切面区块的面积，具体过程如下：步骤4021、对第个点云切片上第个切面区块中包含的第期插值点拟合，得到第个点云切片上第个切面区块中第期的拟合函数段；其中，为自变量；对第个点云切片上第个切面区块中包含的第期插值点拟合，得到第个点云切片上第个切面区块中第期的拟合函数段；步骤4022、采用计算机根据公式，得到第个点云切片上第个切面区块的面积；其中，表示关于X轴坐标的积分，且的取值范围为，表示第个点云切片上第个切面区块的最小X轴坐标，表示第个点云切片上第个切面区块的最大X轴坐标；表示绝对值符合。
[0008]上述的一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，其特征在于：步骤502中根据第个点云切片上第个切面区块的面积，获取第个点云切片上第个切面区块的变化体积，进而得到第个点云切片的变化体积，具体过程如下：
步骤5021、当处于1～时，则根据公式，得到第个点云切片上第个切面区块的变化体积；当取时，则根据公式，得到第个点云切片上第个切面区块的变化体积；步骤5022、当处于1～时，采用计算机根据，得到第个点云切片的变化体积；当取时，采用计算机根据，得到第个点云切片的变化体积；步骤503中将各个点云切片的变化体积累加得到待测沟壑区域第期相对第期的体积变化量，具体过程如下：采用计算机根据，得到待测沟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地形点云的沟壑体积变化切片方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、待测沟壑区域的点云获取：步骤101、建立空间直角坐标系，其中，以待测沟壑区域外侧左下方的稳定区任意一点为原点O，以过原点O且沿架站区连线为X轴，过原点O且与X轴垂直的方向为Y轴，以过原点O垂直于由X轴和Y轴形成的平面OXY且沿高程方向为Z轴，建立空间直角坐标系OXYZ；步骤102、采用地面三维激光扫描仪对待测沟壑区域进行扫描，获取第1期的激光点云，...，第期的激光点云，...，第期的激光点云，其中，和均为正整数，，；步骤二、待测沟壑区域的点云的切片：在OXYZ坐标系下，采用计算机按照相邻两期的点云切片厚度，将第期的激光点云沿Z轴方向做多个切平面并将多个切平面从下至上进行排序依次记作第1个切平面，...，第个切平面，...，第个切平面，其中，和均为正整数，且，任一个切平面平行平面OXY，第1个切平面和第个切平面之间相邻两个切平面的间距为，第1个切平面距离第期的激光点云的最小Z轴坐标处的间距为，第个切平面与第期的激光点云的最大Z轴坐标之间的间距记作,且不大于；步骤三、待测沟壑区域的点云切片的聚类及插值处理：步骤301、当处于1～时，采用计算机将第个切平面上方及下方Z轴方向范围内的点云投影至第个切平面，得到第期第个点云切片,当取时，采用计算机将第个切平面上方Z轴方向的剩余点云及下方Z轴方向范围内的点云投影至第个切平面，得到第期第个点云切片；步骤302、采用计算机利用FCM聚类算法对第期第个点云切片上的点进行聚类，将第期第个点云切片上各个点划分为个类簇，并得到个类簇的聚类中心点，其中，为正整数；步骤303、采用计算机利用三次B样条插值函数对第期第个点云切片上个聚类中心点进行插值处理，得到第期第个点云切片上插值点集；步骤四、获取后一期点云切片相对前一期点云切片的切面变化面积：步骤401、按照步骤二至步骤三所述的方法，采用计算机对第期的激光点云进行处理，得到第期第个点云切片上插值点集；步骤402、采用计算机将第期第个点云切片上插值点集和第期第个点云切片上插值点集同步绘制在平面OXY上，且和中相交的相邻两个交点将和之间围设的区域划分为第1个切面区块，..，第个切面区块，..，第个切面区块，并得到各个切面区块的面积，其中，第个点云切片上第个切面区块的面积记作，其中，和
均为正整数，且，表示第个点云切片上切面区块的总数；步骤五、待测沟壑区域的体积变化量获取：步骤501、对第个点云切片上第个切面区块进行判断，如果第个点云切片上第个切面区块中第期插值点的Y轴坐标大于第期插值点的Y轴坐标，则第个切面区块为负地形区，则第个点云切片上第个切面区块的面积取正值，如果第个点云切片上第个切面区块中第期插值点的Y轴坐标小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李朋飞，杨鑫，胡晋飞，高晨迪，张淑花，严露，李豆，郝铭揆，李伟光，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：