[发明专利]一种盾构隧道三维激光扫描点云数据除噪的方法

说明书

本发明为一种盾构隧道三维激光扫描点云数据除噪的方法，主要解决现有扫描点数据除噪方法存在步骤繁杂、除噪精度不高等技术问题。本发明技术方案包括采集盾构隧道三维激光扫描数据，还包括步骤：S1、读取扫描点云数据，记每环扫描点数据集记为；S2、建立笛卡尔直角坐标系，扫描点象限分区；S3、提取扫描点云数据；S4、依据盾构隧道结构特征及三维激光扫描仪的扫描特征，基于不同象限于值或值及距离变化趋势进行噪点初步剔除；S5、对初步剔除噪点后的扫描点数据进行圆拟合二次剔除；S6、基于几何距离最小二乘法进行椭圆拟合方法进行最终的三维激光扫描点云数据除噪；S7、重复步骤S2、S3、S4、S5、S6，处理完所有扫描环的点云数据；S8、输出扫描点有效点云数据。

技术领域

本发明涉及一种三维激光扫描点数据除噪的方法，特别是公开一种地铁盾构隧道三维激光扫描点云数据除噪的方法，应用于盾构隧道工程领域。

背景技术

由于三维激光扫描技术具有扫描速度快、采集数据量大、非接触式测量、高精度、高分辨率等优点，已越来越多地应用于盾构隧道运营检测作业中，如盾构隧道变形收敛检测、限界检测分析、错台错缝检测等。但是受其测量方式、盾构隧道内部构造物（如电缆、照明系统电器、逃生装置、轨道板、钢轨等）、外界干扰等因素的影响，在三维激光扫描过程中不可避免地会产生误差很大的点(异常点)和冗余点，这些噪点会直接影响到后期的隧道断面轮廓曲线拟合的效率和精度。

目前对于三维激光扫描点云数据的研究主要集中于海量数据的管理、点云灰度图像的处理等环节，对扫描点数据除噪的研究不多。主要有：基于数学形态的滤波算法、拟合方法、基于坡度的算法等，但上述研究或方法过程往往比较繁杂，难度较大，部分有预设条件，存在除噪精度不高等缺点，难以满足实际工程需求。

因此，研究一种地铁盾构隧道三维激光扫描点云数据除噪的方法已成为基于三维激光扫技术的盾构隧道检测作业的迫切需求之一。

发明内容

本发明的目的设计一种盾构隧道三维激光扫描点云数据除噪的方法，主要解决现有扫描点数据除噪方法存在步骤繁杂、除噪精度不高等技术问题。本发明能快速精准地剔除盾构隧道三维激光扫描的噪点，以提高隧道断面轮廓曲线拟合的效率和精度。

本发明是这样实现的：一种盾构隧道三维激光扫描点云数据除噪的方法，包括采集盾构隧道三维激光扫描数据，其特征在于，还包括以下步骤：

S1、读取三维激光扫描仪的扫描点云数据，并逐环数据分离，每环扫描点数据集记为 ，的起始点为值最小的点，单个扫描点的坐标数据记为。

S2、在盾构隧道中，三维激光扫描仪单环扫描的点近似为一个圆，依据三维激光扫描仪设备自身的扫描原点建立笛卡尔直角坐标系，并进行扫描点象限分区。

所述步骤S2的具体操作如下：

（1）以三维激光扫描仪设备自身的扫描原点建立笛卡尔直角坐标系，坐标系原点为；

（2）依据笛卡尔直角坐标系的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限条件，将当前环扫描点数据集于各象限的点区分开来，并记为、、、，其中。

S3、提取盾构隧道轨道及轨道结构扫描点云数据。

所述步骤S3的具体操作如下：

（1）测量三维激光扫描仪扫描中心点距轨道中心点的距离，记为；

（2）搜索以坐标系原点为中心，半径为的圆形区域且值小于零的所有扫描点，此点集记为；

（3）点集即为盾构隧道轨道及轨道结构的有效扫描点，并将点集从点集中移出。

S4、依据盾构隧道结构特征及三维激光扫描仪的扫描特征，基于不同象限于值或值及距离变化趋势进行噪点初步剔除。

所述步骤S4的具体操作如下：