一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法技术

本发明专利技术涉及一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法，包括以下步骤：墙体点云厚度计算、建筑物墙体拆分、墙体边界点估计、上边界拟合、结构长度计算。计算点云厚度时，随机选择多个邻域，但仅保留部分邻域点、部分邻域；基于墙体点云厚度，进行建筑点云分割、墙体点云再分配；以单面墙体为基本单位，进行了墙体边界点估计；基于上边界点，将选权迭代最小二乘法引入，进行该线拟合；由上边界线，在墙体上创建兴趣区域，结合区域内垂直边界点所在直线，计算墙体结构长度。本发明专利技术通过选择结构长度作为监测指标，结合点云监测的优势和砖混建筑物的几何结构特点，可以十分精确地计算出砖混建筑结构长度，基于结构长度可更好地监测砖混建筑的变形情况。变形情况。变形情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法


[0001]本专利技术属于建筑结构长度计算
，尤其涉及一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法。

技术介绍

[0002]砖混结构多用于乡村矮层建筑，该结构建筑几何结构较为简单，除门窗外，其墙体不含有用于装饰的附属结构，造价较为经济。但此类建筑物支持的使用年限不长，易受地表岩层移动的影响。且乡村为矿产资源开采的主要地区，该结构特点及采矿影响致使砖混建筑经常遭到破坏。因此，进行该类建筑的变形监测，以为建筑的健康状况及损坏等级评估提供依据，具有十分重要的意义。
[0003]针对砖混建筑的变形监测，传统监测方法以全站仪为主要设备，但该方法费时费力，且仅能获取少数离散点。随着测绘技术的发展，逐渐形成了以差分干涉测量(DINSAR)、无人机摄影测量(UAV Photogrammetry)、和地面激光扫描(TLS)技术为代表的新型监测方法。相比于DINSAR、UAV Photogrammetry，TLS可以高精度、海量点云的方式来表示物体表面信息，被广泛应用。
[0004]近年来，通过TLS进行建筑物变形监测，可分为两类：a.结合建立的模型进行监测，b.基于点云直接进行监测。在a类监测中，Juan et al.建立了建筑物信息模型(BIM)，通过两个时间段的模型对比，计算了该期间的位移变化。Raphael et al.同样建立了BIM，最终计算了施加重力下的位移与应力变化。Lian et al.建立了有限元模型(FEM)，在煤层开采的条件下，计算了墙体主应力与剪切力变化。在b类监测中，Batur et al.对点云进行配准、滤波等处理后，通过cloud
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cloud的方式进行了位移计算。Suchocki et al.将点云划分为条带状，通过optimum dataset方法减少数据量后，进行了墙体裂缝的检测。Li et al.基于点云提取离散变形后，结合沉陷预计模型，计算了墙体下沉、水平移动、倾斜等变形。Yang et al.在点云的基础上，结合alpha shape算法创建了三角网格向量模型，最终获取了墙体倾斜、裂缝深度。基于上述可以发现，a类监测在建立模型、施加力、对比模型时，需要借助多种商业软件。而b类监测是在点云层次上进行的，其监测方法及监测指标的选择更加灵活，此类监测似乎是一个发展趋势。
[0005]在中国进行建筑物监测，指标有下沉、水平移动、倾斜、曲率、水平变形等。其中，下沉、水平移动带来的影响主要为建筑物所在潜水位的变化，并不会造成结构破坏。在实际应用中，由于倾斜、曲率值较小，水平变形是造成结构破坏的主要因素。该值的计算通常需要在建筑物上布设人工标志。对于因煤矿开采引起的破坏，也可结合开采条件进行计算。但这两种计算方式获取水平变形均是少量的，且需将多期观测数据配准至同一坐标系下。增加了人力物力，且引入了误差。当水平变形造成的结构破坏达到一定程度时，最直接的现象在于墙体出现裂缝，反应在几何结构上，即为墙体结构长度发生了变化。因此，本专利技术直接选择结构长度做为监测指标，且考虑到基于点云直接进行监测的优势、及砖混建筑物几何结构特点，提出了基于点云的砖混建筑结构长度计算方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法。
[0007]本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0008]一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法，包括以下步骤：
[0009]S1：获取建筑物墙体点云，对所述建筑物墙体点云进行预处理，获得处理后建筑物墙体点云；
[0010]S2：在所述处理后建筑物墙体点云内设置多个邻域，并对多个所述邻域内的点云进行过滤，得到有效邻域点，并计算出墙体点云厚度值；
[0011]S3：基于所述墙体点云厚度值确定第一距离阈值和第二距离阈值，基于所述第一距离阈值对所述处理后建筑物墙体点云进行建筑物点云分割，得到每个单面墙体的组成点云，基于所述第二距离阈值对每个所述单面墙体的组成点云进行墙体点云再分配，得到分配后墙体点云；
[0012]S4：采用改进后的基于法线的点云边界估计方法对所述分配后墙体点云进行墙体边界点估计，得到墙体边界点；
[0013]S5：对所述墙体边界点进行处理得到上边界线，在交点约束条件下采用选权迭代最小二乘法对所述上边界线进行拟合，得到拟合后上边界线；
[0014]S6：基于所述拟合后上边界线，在墙体上创建兴趣区域，根据所述兴趣区域内垂直边界点所在直线，计算得到墙体结构长度。
[0015]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S1中获取建筑物墙体点云，对所述建筑物墙体点云进行预处理，获得处理后建筑物墙体点云，具体过程如下：
[0016]对建筑物进行扫描，得到建筑物墙体点云，对所述建筑物墙体点云进行降噪、抽稀、地面滤波处理，得到处理后建筑物墙体点云。
[0017]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S2中在所述处理后建筑物墙体点云内设置多个邻域，并对多个所述邻域内的点云进行过滤，得到有效邻域点，并计算出墙体点云厚度值，具体过程如下：
[0018]在所述处理后建筑物墙体点云内随机选取N个点，每个点设定以R为半径划定邻域；
[0019]计算邻域内的点到该邻域所在平面的距离d，将所述距离d小于距离中误差的点作为有效邻域点，计算出每个邻域的点云厚度TH
Nei
，如下式所示：
[0020][0021]其中，RMSE1表示单个邻域的距离中误差；n、m分别为单个邻域中的原始点的数量和有效邻域点的数量；[d1,d2,
…
,d
i
,
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n
]和[d1,d2,
…
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j
,
…
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m
]分别表示单个邻域中的原始点至该邻域所在平面距离的集合和单个邻域中的有效邻域点至该邻域所在平面距离的集合；d
mean
表示集合[d1,d2,
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j
,
…
,d
m
]中有效邻域点至邻域所在平面距离的均值；
[0022]将每个邻域的所述点云厚度TH
Nei
进行均值计算，得到邻域点云厚度均值，取小于厚度中误差的邻域为有效邻域，计算得到所述墙体点云厚度值TH
Wall
，如下式所示：
[0023][0024]其中，RMSE2表示邻域点云厚度中误差，N、M分别为原始的邻域数量和有效邻域的数量；和和分别为原始的邻域的点云厚度集合和有效邻域的点云厚度集合；为集合中的有效邻域的点云厚度均值。
[0025]作为本专利技术的进一步优化方案，所述步骤S3中基于所述墙体点云厚度值确定第一距离阈值和第二距离阈值，基于所述第一距离阈值对所述处理后建筑物墙体点云进行建筑物点云分割，得到每个单面墙体的组成点云，基于所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取建筑物墙体点云，对所述建筑物墙体点云进行预处理，获得处理后建筑物墙体点云；S2：在所述处理后建筑物墙体点云内设置多个邻域，并对多个所述邻域内的点云进行过滤，得到有效邻域点，并计算出墙体点云厚度值；S3：基于所述墙体点云厚度值确定第一距离阈值和第二距离阈值，基于所述第一距离阈值对所述处理后建筑物墙体点云进行建筑物点云分割，得到每个单面墙体的组成点云，基于所述第二距离阈值对每个所述单面墙体的组成点云进行墙体点云再分配，得到分配后墙体点云；S4：采用改进后的基于法线的点云边界估计方法对所述分配后墙体点云进行墙体边界点估计，得到墙体边界点；S5：对所述墙体边界点进行处理得到上边界线，在交点约束条件下采用选权迭代最小二乘法对所述上边界线进行拟合，得到拟合后上边界线；S6：基于所述拟合后上边界线，在墙体上创建兴趣区域，根据所述兴趣区域内垂直边界点所在直线，计算得到墙体结构长度。2.根据权利要求1所述的一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法，其特征在于：所述步骤S1中获取建筑物墙体点云，对所述建筑物墙体点云进行预处理，获得处理后建筑物墙体点云，具体过程如下：对建筑物进行扫描，得到建筑物墙体点云，对所述建筑物墙体点云进行降噪、抽稀、地面滤波处理，得到处理后建筑物墙体点云。3.根据权利要求1所述的一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法，其特征在于：所述步骤S2中在所述处理后建筑物墙体点云内设置多个邻域，并对多个所述邻域内的点云进行过滤，得到有效邻域点，并计算出墙体点云厚度值，具体过程如下：在所述处理后建筑物墙体点云内随机选取N个点，每个点设定以R为半径划定邻域；计算邻域内的点到该邻域所在平面的距离d，将所述距离d小于距离中误差的点作为有效邻域点，计算出每个邻域的点云厚度TH
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表示集合[d1,d2,
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]中有效邻域点至邻域所在平面距离的均值；将每个邻域的所述点云厚度TH
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进行均值计算，得到邻域点云厚度均值，取小于厚度中误差的邻域为有效邻域，计算得到所述墙体点云厚度值TH
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，如下式所示：，如下式所示：其中，RMSE2表示邻域点云厚度中误差，N、M分别为原始的邻域数量和有效邻域的数量；
和和分别为原始的邻域的点云厚度集合和有效邻域的点云厚度集合；为集合中的有效邻域的点云厚度均值。4.根据权利要求1所述的一种基于点云的砖混建筑结构长度计算方法，其特征在于：所述步骤S3中基于所述墙体点云厚度值确定第一距离阈值和第二距离阈值，基于所述第一距离阈值对所述处理后建筑物墙体点云进行建筑物点云分割，得到每个单面墙体的组成点云，基于所述第二距离阈值对每个所述单面墙体的组成点云进行墙体点云再分配，得到分配后墙体点云，具体过程如下：基于所述墙体点云厚度值确定第一距离阈值和第二距离阈值，所述第一距离阈值大于所述墙体点云厚度值，所述第二距离阈值等于所述墙体点云厚度值；将所述处理后建筑物墙体点云投影至XOY面，基于第一距离阈值和随机抽样一致性算法对投影至XOY面的点云进行处理，得到单面墙体的组成点云；从所述处理后建筑物墙体点云中分离所述单面墙体的组成点云，完成数据集合的一次更新；重复随机抽样一致性算法处理步骤和数据集合更新步骤，直至获取每个单面墙体的组成点云；采用随机抽样一致性算法对每个所述单面墙体的组成点云进行处理，获得该单面墙体点云；对单面墙体的组成点云和单面墙体点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，张鲜妮，李靖宇，黄金中，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：