[发明专利]远程地面激光扫描技术提取监测对象表面同名特征点的方法

权利要求书

1.远程地面激光扫描技术提取监测对象表面同名特征点的方法，其特征在于，分为外业和内业，其步骤为：

(1)外业：利用远程地面三维激光扫描仪在固定测站上获取不同时期的点云数据；

(2)内业：①将不同周期点云数据导出，进行点云数据处理与分析；

②对不同周期扫描的点云数据，利用扫描靶标拟合点云中心的空间后方交会方法建立统一的监测坐标系；

③对扫描区域内点云建立八叉树空间索引；

④根据线性回归算法拟合平面；

⑤提取网格内平面点云重心为平面特征点；

⑥对不同周期扫描的非监测范围稳定区域点云数据，利用迭代最近点(ICP)拼接算法统一工程坐标系；

⑦识别提取的平面同名特征点，利用特征点直方图的方法，识别提取的平面特征点对应变形位置的平面特征点为同名监测点，对扫描监测体的关键变形区域进行表面特征的变形分析；

⑧将不同周期变形区域的平面特征点与首期监测的变形区域平面特征点进行ICP算法匹配，使不同周期变形区域表面点云与首期点云表面点云重合，对不同周期同名特征点在匹配前后的坐标变化进行比较分析，通过识别的同名特征点坐标前后变化快速求出不同周期监测变形区域的位移量与倾斜度，获得监测体表面不同平面特征位置的变形趋势。

2.根据权利要求1所述的远程地面激光扫描技术提取监测对象表面同名特征点的方法，其特征在于，所述的步骤②对不同周期扫描的点云数据，利用扫描靶标拟合点云中心的空间后方交会方法建立统一的监测坐标系：

利用精密扫描平面靶标点云拟合圆心的原理为：设拟合的圆心坐标为(x₀，y₀，z₀)，R为已知靶标半径，(A，B，C)为靶标拟合平面法矢量，每个球面点拟合后估值与实际值的差值为：

e_i(x₀，y₀，z₀)＝A(x_i-x₀)²+B(y_i-y₀)²+C(z_i-z₀)²-R² (1)差值平方和为：

E(x₀，y₀，z₀)＝∑e_i(x₀，y₀，z₀)² (2)E为x₀，y₀，z₀的函数，令E分别对x₀，y₀，z₀求偏导数，令其值为0，即可求出(x₀，y₀，z₀)；

已知3个靶标中心坐标(x，y，z)建立三维空间后方交会方程，可求得远程地面三维激光扫描中心坐标(Xs，Ys，Zs)：

其中式(3)左边是目标坐标系统下的坐标，右边(下标为S)表示原坐标系统下坐标；[ΔX ΔY ΔZ]^T＝T[X_s Y_s Z_s]^T为平移因子，其意义是参考点旋转后的坐标；μ为尺度因子；T为坐标转换旋转矩阵，

ΔX、ΔY、ΔZ、μ、α、β、γ为7参数，后3个称为旋转参数或角度参数；当靶标数大于3个时，利用最小二乘原理求出最优地面三维激光扫描中心坐标(Xs，Ys，Zs)。

3.根据权利要求1所述的远程地面激光扫描技术提取监测对象表面同名特征点的方法，其特征在于，所述的步骤③首先依据点云最小包围盒确立八叉树根节点，然后将八叉树根节点沿XYZ方向等分为8个小立方体作为子节点，对所有节点及所包含的点云进行分割，直到立方体边长小于规定的阈值时停止。