[发明专利]隧道点云高精度快速自动拼接方法

权利要求书

1.一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是包括以下步骤：

S1、沿预设距离布置多个测站，相邻两个测站中一个作为参考测站(3)，另一个作为拼接测站(4)，两个测站分别扫描隧道，获取点云数据；

S2、求解粗拼接旋转参数；

依据扫描仪在隧道的实际工作方式，降低粗拼接的旋转变换自由度，只求解绕竖直方向的Z轴的旋转角，将拼接测站(4)的点云以Z轴为旋转轴进行旋转，使拼接测站(4)的点云与参考测站(3)点云沿隧道走向方向大致重合；

S3、求解粗拼接平移参数；

依据隧道内径确定扫描仪架站间距的变化区间L，对L进行等间隔采样，得到m组距离值，在完成粗拼接旋转变换的基础上，将m组距离值向参考测站(3)的激光扫描仪坐标系的X和Y轴投影，获得m组拼接测站(4)的点云相对参考测站(3)的X和Y轴方向平移量；

S4、精拼接；

粗拼接的3个旋转参数和Z坐标方向平移量保持不变，与X和Y坐标方向的平移量进行组合，获取m组初始转换参数，将每组初始转换参数作为精拼接算法的初始值，分别用精拼接算法进行优化；

通过以上步骤，完成隧道点云数据高精度拼接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：设置测站时，激光扫描仪处于粗略整平状态；

隧道属于狭长地下结构，为了便于点云拼接，相邻两站点云必须有足够的重叠度。

3.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：步骤S2中，粗拼接过程中需要求解的绕Z轴旋转的角度参数ω_z通过点云数据的整体走向确定：

S21、将参考测站(3)和拼接测站(4)点云投影至各自扫描仪坐标系下的XOY平面，并提取隧道两侧的边界点；

S22、通过Ransac算法对S21提取的边界点进行去噪，然后用去噪后的边界点拟合出两条边界线；

S23、对其中一条边界线进行等间隔采样，得到点集M1，计算出每个采样点在其法线方向上与另一边界线的交点，得到点集M2，然后计算M1、M2对应点的均值，得到中线点集C1，对另一条边界线以同样方法求得中线点集C2；

S24、利用Ransac算法从点集C1、C2提取中轴线；

S25、计算参考测站(3)和拼接测站(4)投影后中轴线之间的夹角得到ω_z的近似值。

4.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：步骤S3中，还包括设置拼接测站(4)点云Z坐标方向平移量近似值的步骤，取Z坐标方向平移量为0。

5.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：步骤S3中，还包括设置拼接测站(4)点云Z坐标方向平移量近似值的步骤，对拼接测站(4)Z坐标方向的可能平移量区间进行等间隔采样，获得一组Z坐标方向平移量数组。

6.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：步骤S3中，依据隧道内径确定扫描仪架站间距的区间；

测站位于隧道中心轴线处，激光入射角S为测站间距，D为隧道内径，测站间距选择D～2D之间。

7.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：步骤S3中，依据测站间距的区间L确定粗拼接平移量：

S31、对L进行等间隔采样，得到m组距离值；

S32、在完成粗拼接旋转变换的基础上，将m组距离值向参考测站(3)的激光扫描仪坐标系的X和Y轴投影，获得m组拼接测站(4)的点云相对参考测站(3)的X和Y轴方向平移量。

8.根据权利要求1所述的一种隧道点云高精度快速自动拼接方法，其特征是：步骤S3中，依据L估计X轴和Y轴的平移量区间L_X和L_Y，然后对L_X和L_Y等间隔采样，获得拼接测站(4)X轴和Y轴平移量的数组。