[发明专利]一种隧道岩壁特征物识别方法

权利要求书

1.一种隧道岩壁特征物识别方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：利用激光扫描仪对隧道岩壁进行三维扫描，获取包含隧道岩壁特征物信息的点云数据；

所述隧道岩壁特征物为钢拱架；

所述步骤一中的点云数据进行滤波剔除非目标物体后，再利用法线差分算法进行处理；所述点云数据进行滤波的方法为：

步骤1，根据隧道的中轴线坐标、隧道初期支护的设计半径，设计滤波阈值半径并计算中轴线坐标至点云数据的距离通过距离与滤波阈值半径的比较滤除点云数据，获得一次滤波后的点云数据；

步骤2，对一次滤波后的点云数据中所有点的反射强度值进行统计，得到钢拱架表面对应点云数据的反射强度范围[arch_s,arch_l]；

步骤3，按照阈值范围[arch_s,arch_l]对一次滤波后的点云数据进行二次点云滤波：若一次滤波后的点云数据的反射强度值介于阈值范围[arch_s,arch_l]之间，则保留一次滤波后的点云数据；反之，则剔除隧道岩壁混凝土表面的点云数据，获取二次滤波后的点云数据；

步骤二：利用法线差分算法对点云数据进行处理，得到所有点云的法线差分值组成线差分特征向量；

步骤三：利用欧式聚类方法将线差分特征向量划分为不同聚类类别，实现隧道岩壁特征物的识别；

步骤四：根据步骤三识别出来的隧道岩壁特征物，获取识别后隧道岩壁特征物的三维坐标。

2.根据权利要求1所述的隧道岩壁特征物识别方法，其特征在于，识别后的钢拱架的三维坐标反馈给湿喷台车上位机，可制定湿喷机臂架和喷枪的路径规划，实现自动化喷浆作业。

3.根据权利要求2所述的隧道岩壁特征物识别方法，其特征在于，所述步骤一中的激光扫描仪设置在距离隧道岩壁钢拱架10～15m的位置，且在距离激光扫描仪5～10m处放置球形棱镜标靶；通过在隧道中架设全站仪对激光扫描仪进行测量和绝对定位，获取激光扫描仪在隧道中的大地绝对坐标。

4.根据权利要求2或3所述的隧道岩壁特征物识别方法，其特征在于，所述步骤一中点云数据的类型包括X坐标、Y坐标、Z坐标及点的反射强度值。

5.根据权利要求4所述的隧道岩壁特征物识别方法，其特征在于，所述步骤1的实现方法为：

步骤1.1，根据隧道的中轴线坐标P_c＝(x_c,y_c,z_c)与点云数据P＝(x,y,z)计算距离：

步骤1.2，根据隧道初期支护的设计半径R，计算滤波阈值半径R₁和半径R₂分别为：

其中，α和β均为滤波比例因子；

步骤1.3，比较隧道的中轴线坐标至隧道岩壁的点云数据之间的距离与滤波阈值半径R₁、半径R₂，如果距离则保留点云数据；反之，则将点云数据剔除。

6.根据权利要求1或5所述的隧道岩壁特征物识别方法，其特征在于，所述法线差分算法的实现方法为：

步骤4，设置用于估计隧道岩壁内点云的法向量的第一邻域半径r₁和第二邻域半径r₂，且r_1＞r₂；

步骤5，对于二次滤波后点云数据中的每一点，利用第一邻域半径r₁计算每一点的法向量n₁；

步骤6，对于二次滤波后点云数据中的每一点，利用第二邻域半径r₂计算每一点的法向量n₂；

步骤7，对于二次滤波后点云数据中的每一点，计算同一点在不同邻域半径下法线差分值Δn并进行归一化，获得归一化后每一点的法向差分值；

步骤8，根据预设的法线差分阈值，对归一化后所有点云的法线差分值进行过滤，得到过滤后点云的法线差分特征向量。