基于三维激光反射强度的道路标线点云自动分类识别方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三维激光反射强度的道路标线点云自动分类识别方法，操作步骤为：使用激光扫描仪获取点云数据，根据点云数据每一扫描圈中POS系统的姿态及位置信息，计算出每一扫描圈POS平面的方程；计算扫描圈中的三维坐标点与POS中心构成连线与POS平面的夹角，比较夹角与角度阈值，将大于角度阈值的点初判为路面点；再次计算初判为路面点到该点所在扫描圈POS平面的距离，以POS系统安装时安置的高度值H为已知值，比较计算距离值与高度值H的差值，差值小于阈值的点为路面点；统计第二次判定为路面点的强度值，将强度值大于阈值的点判定为道路标线。本方法具有快速、高效，重复排查检错方便的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，操作步骤为：使用激光扫描仪获取点云数据，根据点云数据每一扫描圈中POS系统的姿态及位置信息，计算出每一扫描圈POS平面的方程；计算扫描圈中的三维坐标点与POS中心构成连线与POS平面的夹角，比较夹角与角度阈值，将大于角度阈值的点初判为路面点；再次计算初判为路面点到该点所在扫描圈POS平面的距离，以POS系统安装时安置的高度值H为已知值，比较计算距离值与高度值H的差值，差值小于阈值的点为路面点；统计第二次判定为路面点的强度值，将强度值大于阈值的点判定为道路标线。本方法具有快速、高效，重复排查检错方便的优点。【专利说明】
本专利技术涉及一种，属于摄影测量和三维激光
。
技术介绍
道路标线是城市环境的重要符号之一，对城市交通规划、秩序维护及管理具有重要的意义。基于全站仪的传统测绘方式道路标线的采集识别有基于全站仪的大地测量碎步采集传统作业方式，也有基于航空遥感影像的选择提取，但前者外业采集量巨大，工作效率不高，后者对影像数据的空间分辨率要求较高，而具有高分辨率的航飞影像数据的采集条件较为严格，不易获取。故此需要一种方法能够提高道路标志的采集识别效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述采集技术方案存在的问题，提供一种较少外业数据采集时间、方便纠错及高工作效率的道路标线识别方法。本方法通过车载移动测量系统采集地物环境的三维信息，获取点云数据，快速准确地提取出道路标线。为实现上述目的，本专利技术采用一种基于强度信息的道路标线自动分类识别方法，首先，使用车载三维激光测量系统进行采集数据，车载三维激光移动测量系统集成部件包括车辆、三维激光扫描仪、GPS导航仪、惯性制导系统和全景相机，采集数据过程在车辆行驶中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一圈扫描圈的三维坐标点集；按照时间对齐，根据采集的POS信息插值结算获取三维点云数据扫描圈每一圈的姿态信息及位置信息；定义车载三维激光测量系统中的POS系统中心点为坐标系原点，车辆行驶的方向为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向，构建空间坐标系,其特征在于,然后按如下步骤操作:步骤1、根据点云数据每一个扫描圈POS系统的姿态信息及位置信息，求解出每一扫描圈POS平面的方程表达式；步骤2、从用圈索引组织的点云数据中取出任意第i扫描圈中包含的任意点j与POS中心连线构成三维向量Vij,计算Vij与POS平面法向量Ni的夹角Qij，比较Qij夹角与角度阈值Ta，将大于角度阈值Ta的点初步判定为路面点；步骤3、计算在被初步判定为路面点的三维点到该点所在扫描圈POS平面的距离，POS系统安装时安置的高度值H为已知值，比较计算距离值与高度值H的差值，将差值大于阈值Td的点排除，判定差值小于阈值Td的点为路面点；步骤4、统计判定为路面点的强度值，设定强度阈值T1，将强度值大于阈值T1的点判定为道路标线。本专利技术的方法步骤I中所述的求解每一扫描圈POS平面方程表达式，POS平面为三维空间中的一个平面，由平面上一点一POS中心点以及平面的法向量表示；车辆行驶过程中，三维激光移动测量系统的POS系统的姿态信息可以用三个角度表达，绕参考坐标系Z轴旋转角^绕X轴旋转角ω，以及绕Y轴旋转角K ;定义POS平面为测量系统所在的平面，将POS平面由坐标系的XOY平面绕X轴旋转ω，以及绕Y轴旋转角K得到，等效于XOY平面的法向量(0，0，I)经过上述旋转操作后，获取每一扫描圈POS平面的法向量Ni ；P0S中心点O的坐标值(X0，Y0, Z0)由GPS系统定位获取，由此确定POS平面方程表达式。本专利技术的方法步骤2中所述的任意第i扫描圈中包含的任意点j的三维坐标点(Xij, Yij, Zij)，则第i扫描圈中第j个点与当前圈POS中心(XiQ，Yi0, Zi0)连线，可以获取三维向量Vij,，得到Vij= (Xij-Xi0, Yij-Yi0, Zij-Zi0)，计算Vij与Ni的夹角Θ ^判断Θ U是否大于角度阈值Ta，设Ta为90度。本专利技术的方法步骤3中所述的计算每一扫描圈中被初步判定为路面点的三维点P，到该圈的POS平面的距离，通过三维空间点到面的距离公式①求得:D= I Ni.0P I / I Ni 1...................................................①其中Ni表示当前圈POS平面的法向量，OP表示POS中心与三维点P构成的向量；求得距离后，比较其与已知POS系统安装高度值H的差值，然后距离差与阈值Td进行比较，设Td为30cm。本专利技术的方法步骤4中所述的统计在判定为路面点的强度值为直接在点云中获取得到，通过统计强度值，自适应二值化计算得到强度阈值T1，将三维点强度值与阈值T1进行比较，将大于阈值的点判定为道路标线类别。本专利技术的方法主要是通过计算扫描圈中三维点的角度、距离信息，从点云中将地面点提取出，然后根据路面标线点的强度值与路面点具有较好的可分离性，从而设定强度阈值及判定条件，提取出路面标线 点。本专利技术的方法与现有的技术相比具有如下优点:1、本专利技术的方法快速、高效作业，相较于传统外业调绘作业方式，使用本方法能够对测绘区域快速进行扫描，将主要的处理工作放在内业进行处理，较少外业时间，提高工作效率。2、本专利技术的方法能实现24小时作业，由于激光是主动式遥感测绘手段，除白天可作业外，能够在夜间进行数据采集处理。3、本专利技术的方法重复排查检错方便，对于检测出现问题的地方，后期进行二次或者再次采集处理时，能够快速到位，方便纠错。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的操作流程图。图2为本专利技术车载移动测量系统进行数据采集时的三维空间姿态信息示意图。图3为本专利技术扫描仪按照圈记录激光点云数据的示意图。图4为本专利技术扫描圈中点与POS中心连线与POS平面法线角度示意图。图5为本专利技术平行于路面的POS平面与路面相距高度示意图。图6为本专利技术道路标线提取效果示意图。上述图中:1_车辆，2-路面，3-P0S平面，4-第i扫描圈激光点云数据，5道路标线。【具体实施方式】以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步详述。实施例1:本专利技术提出的一种，整个方法流程如图1所示。具体的操作是:首先，使用车载三维激光测量系统采集数据，车载三维激光移动测量系统集成部件包括车辆1、三维激光扫描仪、GPS导航仪、惯性制导系统和全景相机，采集数据过程在车辆I行驶中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一圈扫描圈的三维坐标点集；按照时间对齐，根据采集的POS信息插值结算获取三维点云数据扫描圈每一圈的姿态信息及位置信息；定义车载三维激光测量系统中的POS中心点为坐标系原点，车辆I在路面2上行驶的方向为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向，构建空间坐标系，然后按如下步骤操作:步骤1、根据点云数据每一个扫描圈POS系统的姿态信息及位置信息，求解出每一扫描圈POS平面3的方程表达式；如对于第i扫描圈点云数据4，根据获取的对应的姿态信息及位置信息，求解出扫描圈i的POS平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维激光反射强度的道路标线点云自动分类识别方法，首先，使用车载三维激光测量系统进行采集数据，车载三维激光移动测量系统集成部件包括车辆、三维激光扫描仪、GPS导航仪、惯性制导系统和全景相机，采集数据过程在车辆行驶中进行，三维激光扫描仪用于获取点云数据，GPS导航仪与惯性制导系统构成的POS系统用于获取姿态位置信息；点云数据按照圈索引进行组织，以获取每一圈扫描圈的三维坐标点集；按照时间对齐，根据采集的POS信息插值结算获取三维点云数据扫描圈每一圈的姿态信息及位置信息；定义车载三维激光测量系统中的POS系统中心点为坐标系原点，车辆行驶的方向为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向，构建空间坐标系，其特征在于，然后按如下步骤操作：步骤1、根据点云数据每一个扫描圈POS系统的姿态信息及位置信息，求解出每一扫描圈POS平面的方程表达式；步骤2、从用圈索引组织的点云数据中取出任意第i扫描圈中包含的任意点j与POS中心连线构成三维向量Vij，计算Vij与POS平面法向量Ni的夹角θij，比较θij夹角与角度阈值TA，将大于角度阈值TA的点初步判定为路面点；步骤3、计算在被初步判定为路面点的三维点到该点所在扫描圈POS平面的距离，POS系统安装时安置的高度值H为已知值，比较计算距离值与高度值H的差值，将差值大于阈值TD的点排除，判定差值小于阈值TD的点为路面点；步骤4、统计判定为路面点的强度值，设定强度阈值TI，将强度值大于阈值TI的点判定为道路标线。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：危迟，龚书林，
申请(专利权)人：武汉海达数云技术有限公司，
类型：发明
国别省市：