CN114399603B 一种煤矿隧道拱面的三维曲面重构方法 （重庆理工大学）

本发明公开了一种煤矿隧道拱面的三维曲动激光雷达采集器按预设的多个采样点采集煤矿隧道拱面的点云数据；使用PCL库中的多个滤用PCA算法估计点云法线；通过SAC-IA粗拼接和ICP精拼接算法将多幅点云图像进行拼接融合；采用GreedyPT算法实现对煤矿隧道拱面的三维GreedyPT算法原理简单、实时性强、计算速度2移动来获得完整的隧道拱面点云数据，并分别设定激光雷达在导轨上的初始点和移动速S1：初始化，机械臂底座导轨上的激光雷达移动S2：机械臂底座导轨带动激光雷达采集器按一定速度依次移动至导轨上的数据采样S4：计算机根据上一步数据预处理的结果，采用主S5：对导轨上不同采样点采集的多幅点云图像按照关键的SAC-IA粗拼接以及ICP精拼接顺序来完成点云图像拼接，使得它们之间相交的区域完美S6：煤矿隧道拱面获取的点云形状为非封闭性点S7：完成煤矿隧道拱面三维曲面重构后，对因其中，所述机械臂底座的导轨通过液压马达移动装置来驱3S3-3：将S3-2得到的点云数据导入体素滤波λ1≤λ22λ12为其在各自特征向量方向上的变化程度；i4pp有邻域点之间的相对关系，建立简单点特征直方图；根据SPFH特征计算FPFH特征，记作Fi为对应点对的欧几里得距离；iS6-1：采用动态规划问题的递归算法思想，将三维点通过步骤4求得的法向量和目标点O的坐标确定O的局部切平面方程，以求得由相邻点形成的二维切平面；如有0=(xo,yy0,z0),冠=(A,B,c),则过点O的切平面方程如下：A(x-x0)+B(y-y0)+C(c-c0)＝0500为各坐标轴的平移量；yyS6-3：使用基于Delaunay的空间区域增长算法对其投影得到的点云作平面内的三角中对因拱面稀释掉部分点云而产生的多边形空洞采用基于三角网格的空洞修补算法进行0=(01,02,…,d⃞-1);对角度排序获得新的角度序列的-1PiPi+1；S7-4：对于以上空洞修补方法，新增的三角形面片需进行合法性检验；可通过计算678述子的SAC-IA粗拼接以及ICP精拼接顺序来完成点云图像拼接，使得它们之间相交的区域生的多边形空洞采用基于三角网格的空洞修补算法采用点云数据拼接技术将多幅点云拼接，得到煤矿隧道拱面一定范围内完整的点云数据；后不满足要求的三角网格进行修复，防止重构后直接喷浆产生厚度不均匀以及漏喷等情定速度和时间间隔采集点云数据，得到不同数据采集站间的距离d和隧道拱面扫描宽度w，根据点云密度分布将某点的平均邻域距离低于或高于其阈值9λ1202v1v2确定点pi处的一个最优切平面，v0与切平面正云图像按照关键点提取、基于FPFH特征描述子的SAC-IA粗拼接以及ICP精拼接顺序来完成[0046]将协方差矩阵的特征值降序排列；设置阈值η1和η2，满足和pp[0050]S5-3：使用采样一致性初始配准算法来拼接模型点(1)模型点云中选取m个待配准特征点；(2)在目标点云中查找与模型点云FP[0055]最后设定阈值α(即Mk-Mk+1<α)和最多迭代次数Nmax。，对=(A,B,C),则过点O的切平面方程如下：yy将投影平面上建立起的三角网格进行了拼接，从而实现了对煤矿隧道拱面的三维曲面重段以为基准，分别计算顺时针旋转到的角度a:,组成一个角度序列0=(01,02,…,dx-1);对角度排序获得新的角度序列的定义角度序列差为个隧道拱面划分的多个1.6m范围内的三维曲面重采集煤矿隧道拱面的点云数据，获得完整煤矿隧道拱面的点云数据后再进行三维曲面重StatisticalOutlierRemoval、PassThrough、VoxelGrid等滤波器对其进行点云数据预处[0105]S4：计算机根据上一步数据预处理的结果，采用主成分分析法(PrincipalComponentAnalysis,PCA)对每个点K邻域的N个点进行平面拟合来估计法向量同时计算曲述子的SAC-IA粗拼接以及ICP精拼接顺序来完成点云图像拼接，使得它们之间相交的区域一定速度和时间间隔采集点云数据，得到不同数据采集站间的距离d和隧道拱面扫描宽度StatisticalOutlierRemoval等滤波器进行点云数据预处理，点云预处理包括噪声和离群[0117]结合图1可以看出，步骤S4中计算机通过NormalEstimation函数创建法线估计对v1v2确定点pi处的一个最优切平面，v0与切平面正[0130]根据点pi与其邻近点法向量的夹角来提取特征点，选取适当的阈值δ,当fi＞δ时，ii[0140]将协方差矩阵的特征值降序排列；设置阈值η1和η2，满足和H(m):[0145]S5-4：将粗拼接后的源点云P′和目标点云G作为输入[0150]最后设定阈值α(即Mk-Mk+1<α)和最多迭代次数Nmax来完成多幅点云图像的拼接，，元=(A,B,C),则过点O的切平面方程如下：yy平面内的三角化，其三角化过程应满足Delaunay算法的空外接圆特性和最大最小角准则，重构后产生的多边形空洞采用基于三角网格的空洞修补算法进行了在线修补，具体步骤[0164]S7-1：边界点检测：通过度量点云中k邻域的分布均匀性来对边界特征点进行判线段以为基准，分别计算顺时针旋转到的角度:,组成一个角度序列0'=(0,0,,……,1,2);定义角度序列差为如图10所示。[0174]对于图12的检验，通过计算到的角度δ1和到的角