【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于基于激光雷达点云数据的处理技术，具体涉及一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法、装置及介质，特别是应用于地铁隧道检测。
技术介绍
1、隧道作为交通网络的重要组成部分，其结构安全对于保障交通流畅和乘客安全至关重要。随着技术的发展，激光雷达已被广泛应用于隧道检测中，提供高精度的三维点云数据。然而，传统的点云处理方法通常将隧道断面按圆形处理，但是运营状态下的隧道断面由于施工、变形等影响并不是圆形，而更接近于椭圆，若将其视为圆形处理，则直接导致通过断面获取的收敛、位移等信息与实际不符，影响了检测的真实性。本专利技术通过利用构建极坐标优化样本点的选择过程，优化随机抽样一致性算法，从而高效地进行隧道断面椭圆模型的高精度拟合，为地铁运营和维护提供了可靠的技术支持，将为地铁运营管理和带来更高效、更可靠的解决方案。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术旨在提供一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法、装置及介质，采用改进ransac算法实现隧道断面椭圆模型的拟合，使检测结果更加真实。
2、技术方案：本专利技术所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，包括以下步骤：
3、(1)采用激光雷达扫描地铁隧道，获取地铁隧道原始点云数据，观测值为隧道内表面点的三维坐标；
4、(2)利用主成分分析方法获取隧道走向，对点云进行坐标转换；
5、(3)沿隧道走向获取点云切片；
6、(4)将切片点云投影至yoz平面，以切片点云质心为圆心，构
7、(5)将断面点云按极坐标角度均匀划分；
8、(6)利用角度分布改进随机抽样一致性算法，实现断面点云的椭圆模型拟合。
9、进一步地，所述步骤(1)实现过程如下：
10、原始点云集为p(xi,yi,zi)i＝1,2,…,n，对其xy坐标构造协方差矩阵：
11、
12、其中，n为采集点云中点的数量，为点集平面重心坐标。
13、进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：
14、对矩阵c进行主成分分析，得两个特征值λ1和λ2，λ1≥λ2＞0，对应的两个特征向量分别为v1和v2，v1代表的方向为隧道走向；那么，坐标转换过程如下：
15、q＝p[v1,v2,(0,0,1)t]
16、经坐标转换后得到隧道点云坐标q，x轴平行于隧道走向，y轴垂直于隧道走向，z轴与原始点云坐标的z轴一致。
17、进一步地，所述步骤(3)实现过程如下：
18、点云切片厚度为w，计算坐标q中x坐标的最大值和最小值，分别为xmax和xmin，那么该隧道点云分为nslice个切片，nslice通过下式计算：
19、nslice＝floor((xmax-xmin)/w)
20、其中，floor(·)表示向上取整，各切片内点云的坐标为
21、进一步地，所述步骤(4)实现过程如下：
22、切片点云的质心为avg_p：
23、
24、其中，mk为第k个切片中点的数量；
25、以该质心为圆心，将切片内点转换至极坐标系，具体为：
26、
27、
28、则该切片点云的极坐标为
29、进一步地，所述步骤(5)实现过程如下：
30、断面点云在极坐标系中的角度分布范围为0°到360°，按δθ的角度间隔对断面点进行划分，分为floor(360/δθ)个区域。
31、进一步地，所述步骤(6)实现过程如下：
32、(61)输入断面二维坐标数据，椭圆的一般方程为：
33、f(y,z)＝ay2+byz+cz2+dy+ez+f＝0
34、式中，a、b、c、d、e、f为待定系数，a、c不为零，且b2-4ac>0；
35、(62)在各区域内等概率选取一定数量的点进行椭圆拟合；
36、(63)计算模型与切片数据中各点间的误差，设置阈值为s,将在允许误差阈值范围内的点标记为“内点”；
37、(64)将椭圆模型与之前迭代保存的模型进行对比，保存精度较高的“内点”数据；
38、(65)重复步骤(62)-(64)，直到获得最优的椭圆模型，迭代结束；
39、(66)将得到最优的“内点”数据使用最小二乘椭圆拟合法进行处理，获得最佳模型。
40、进一步地，根据权利要求6所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述δθ为60°。
41、本专利技术所述的一种装置设备，包括存储器和处理器，其中：
42、存储器，用于存储能够在处理器上运行的计算机程序；
43、处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行如上所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法的步骤。
44、本专利技术所述的一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法的步骤。
45、有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术突破了现有隧道断面圆拟合方式，通过采用椭圆拟合的方式解决运营期隧道变形对数据处理产生的影响；2、本专利技术精度和效率高，充分利用了激光雷达技术密集点云的优势，在精度保证的前提下，确保了椭圆模型的高效拟合；3、本专利技术所述提方法为后期对地铁隧道变形监测提高了基础数据精度。
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1.一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(1)实现过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
4.根据权利要求1所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：
5.根据权利要求1所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：
6.根据权利要求1所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(5)实现过程如下：
7.根据权利要求1所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(6)实现过程如下：
8.根据权利要求6所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述Δθ为60°。
9.一种装置设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：
10.一种存储介质，其特征在于，所
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(1)实现过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
4.根据权利要求1所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：
5.根据权利要求1所述一种基于激光雷达点云的隧道断面拟合方法，其特征在于，所述步骤(4)实现过程如下：
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张安银，孙泽信，段举举，郝景润，沈月千，黄军军，陈焱明，
申请(专利权)人：江苏省地质工程勘察院，
类型：发明
国别省市：
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