采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方法，該方法采用三維激光掃描獲取隧道的各襯砌環(huán)點云數(shù)據(jù)，通過提取各襯砌環(huán)的點云數(shù)據(jù)，繞各襯砌環(huán)軸線中心位置平移旋轉(zhuǎn)后至標(biāo)準(zhǔn)圓柱體按里程順序排列，再將襯砌環(huán)內(nèi)壁點云數(shù)據(jù)經(jīng)等角正切投影展開至平面，最后利用投影后的點云反射率信息插值生成隧道內(nèi)壁影像。本發(fā)明的優(yōu)點是，采用本方法生成的隧道內(nèi)壁影像的里程精度、主要特征物尺寸量算精度以及影像分辨率均較高，影像信息經(jīng)人工或計算機視覺判讀之后可提取隧道病害信息的位置、大小、面積、類型等；此外該方法可作為隧道維護的新技術(shù)手段，能大幅提高隧道巡檢的定量分析能力。
【專利說明】采用H維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隧道內(nèi)壁影像信息采集方法，具體涉及一種采用H維激光掃描反射率 信息經(jīng)投影與插值生成隧道內(nèi)壁二維可量測影像的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在城市軌道交通隧道維護工作中，通過對隧道內(nèi)壁影像信息的判讀可識別并量測 附屬設(shè)備的空間分布和表觀病害信息。傳統(tǒng)的影像獲取一般采用人工光學(xué)照相，該采集方 式受制于隧道內(nèi)光線條件和作業(yè)時間限制，難W采集大量高精度的可量測隧道內(nèi)壁影像。
[0003] 傳統(tǒng)隧道內(nèi)壁影像信息采集方法，主要采用單鏡頭或多鏡頭光學(xué)方式采集隧道內(nèi) 壁360°影像，然后經(jīng)拼接處理形成內(nèi)壁展開影像圖。光學(xué)方式所采集的影像質(zhì)量依賴于光 線條件，且難W通過形成立體影像來獲取可量測的影像，一次拍攝作業(yè)所采集的內(nèi)壁影像 長度和寬度也受較大限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種采用H維激光掃描反射 率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方法，該方法通過提取各襯碩環(huán)的點云數(shù)據(jù)，繞各襯碩環(huán)軸線 中也位置平移旋轉(zhuǎn)后至標(biāo)準(zhǔn)圓柱體按里程順序排列，再將襯碩環(huán)內(nèi)壁點云數(shù)據(jù)經(jīng)等角正切 投影展開至平面，最后利用投影后的點云反射率信息插值生成隧道內(nèi)壁影像。
[0005] 本發(fā)明目的實現(xiàn)由W下技術(shù)方案完成： 一種采用H維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方 法，其特征在于所述方法包括如下步驟：定義襯碩環(huán)Q，襯碩環(huán) 0由而，￥〇,2〇，氏胖，〇，目參數(shù)定義，其中：(才〇而，藝日）為所述襯碩環(huán)中也軸線的中點，1?為 所述襯碩環(huán)的內(nèi)徑，W為襯碩環(huán)寬度，a為軸線在XOY平面的方位角，目為所述隧道軸線縱 坡角；采用H維激光掃描獲取所述隧道的各襯碩環(huán)徑點云數(shù)據(jù)，所述點云包括坐標(biāo)和反射 率信息；根據(jù)襯碩環(huán)Q在工程坐標(biāo)系O-XYZ中的點云坐標(biāo)，來確定襯碩環(huán)a在XOY平面內(nèi) 投影矩形〇4馬Cl馬內(nèi)的點集巧。；將點集巧。進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)，獲得在里程坐標(biāo)系o-xyz下的 新點集if;在點集if中提取在里程坐標(biāo)系o-xyz的xoy平面內(nèi)投影矩形〇4鳥內(nèi)的點 集if，其中該投影矩形馬中的A2B2與投影矩形□為馬CiA中的DiCi共邊，皆沿X軸 平移襯碩環(huán)Q所在里程馬獲得點集巧，點集巧為襯碩環(huán)徑在里程坐標(biāo)系o-xyz的里程方 向上的有序點集；之后將襯碩環(huán)Q內(nèi)壁點云數(shù)據(jù)經(jīng)等角正切投影展開至平面，利用投影后 的點云反射率信息插值計算生成所述隧道的二維內(nèi)壁影像。
[0006] 投影矩形曰為馬Cl馬在工程坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)為：

【權(quán)利要求】
1. 一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的 方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：定義襯砌環(huán)Q，襯砌環(huán) 0由XwY&Z。，!^，a，運參數(shù)定義，其中2。）為所述襯砌環(huán)中心軸線的中點，R為 所述襯砌環(huán)的內(nèi)徑，W為襯砌環(huán)寬度，a為軸線在XOY平面的方位角為所述隧道軸線縱 坡角；采用三維激光掃描獲取所述隧道的各襯砌環(huán)G?點云數(shù)據(jù)，所述點云包括坐標(biāo)和反射 率信息；根據(jù)襯砌環(huán)G在工程坐標(biāo)系O-XYZ中的點云坐標(biāo)，來確定襯砌環(huán)Q在XOY平面內(nèi) 投影矩形□為S1CT1馬內(nèi)的點集if ;將點集if進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)，獲得在里程坐標(biāo)系〇-xyz下的 新點集￥ ;在點集考中提取在里程坐標(biāo)系〇-xyz的xoy平面內(nèi)投影矩形[1452C2i}2內(nèi)的點 集if ,其中該投影矩形〇 4--D2中的A2B2與投影矩形□為5說A中的D 1C1共邊，if沿X軸 平移襯砌環(huán)G所在里程芩獲得點集6 ,點集6為襯砌環(huán)G在里程坐標(biāo)系〇-xyz的里程方 向上的有序點集；之后將襯砌環(huán)G內(nèi)壁點云數(shù)據(jù)經(jīng)等角正切投影展開至平面，利用投影后 的點云反射率信息插值計算生成所述隧道的二維內(nèi)壁影像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方 法，其特征在于投影矩形OAACf1D1在工程坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo)為：
其中，1?]為襯砌環(huán)￠1上的點云數(shù)據(jù)，R為襯砌環(huán)G內(nèi)徑，W為襯砌環(huán)G寬度，Cii 為襯砌環(huán)殳中心軸線在XOY平面的方位角，P ,為襯砌環(huán)G中心軸線縱坡角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方 法，其特征在于將工程坐標(biāo)系O-XYZ中的點集if坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為在里程坐標(biāo)系o-xyz下的點集 if，所采用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：
其中a i為襯砌環(huán)Q中心軸線在XOY平面的方位角，P i為襯砌環(huán)G中心軸線縱 坡。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方 法，其特征在于投影矩形馬在里程坐標(biāo)系〇-Xyz中的坐標(biāo)為：
其中，R為襯砌環(huán)Q內(nèi)徑，W為襯砌環(huán)Q寬度，(At〗〗1石4為點集if。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方
瑪為切線與zz軸之間的夾角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方 法，其特征在于馬角度取值為：SS M0°。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內(nèi)壁影像的方 法，其特征在于所述插值計算可以采用反距離權(quán)重插值算法、線性插值算法、鄰近插值算 法、自然鄰居插值算法中的一種。
【文檔編號】G01C7/06GK104359459SQ201410726508
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】許正文, 郭春生, 侯敬宗, 付和寬 申請人:上海巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司