采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方法
【專利摘要】本發明公開了一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方法,該方法采用三維激光掃描獲取隧道的各襯砌環點云數據,通過提取各襯砌環的點云數據,繞各襯砌環軸線中心位置平移旋轉后至標準圓柱體按里程順序排列,再將襯砌環內壁點云數據經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壁影像。本發明的優點是,采用本方法生成的隧道內壁影像的里程精度、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壁影像的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及隧道內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 信息經投影與插值生成隧道內壁二維可量測影像的方法。
【背景技術】
[0002] 在城市軌道交通隧道維護工作中,通過對隧道內壁影像信息的判讀可識別并量測 附屬設備的空間分布和表觀病害信息。傳統的影像獲取一般采用人工光學照相,該采集方 式受制于隧道內光線條件和作業時間限制,難W采集大量高精度的可量測隧道內壁影像。
[0003] 傳統隧道內壁影像信息采集方法,主要采用單鏡頭或多鏡頭光學方式采集隧道內 壁360°影像,然后經拼接處理形成內壁展開影像圖。光學方式所采集的影像質量依賴于光 線條件,且難W通過形成立體影像來獲取可量測的影像,一次拍攝作業所采集的內壁影像 長度和寬度也受較大限制。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是根據上述現有技術的不足之處,提供一種采用H維激光掃描反射 率信息生成隧道內壁影像的方法,該方法通過提取各襯碩環的點云數據,繞各襯碩環軸線 中也位置平移旋轉后至標準圓柱體按里程順序排列,再將襯碩環內壁點云數據經等角正切 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壁影像。
[0005] 本發明目的實現由W下技術方案完成: 一種采用H維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方 法,其特征在于所述方法包括如下步驟:定義襯碩環Q,襯碩環 0由而,¥〇,2〇,氏胖,〇,目參數定義,其中:(才〇而,藝日)為所述襯碩環中也軸線的中點,1?為 所述襯碩環的內徑,W為襯碩環寬度,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徑點云數據,所述點云包括坐標和反射 率信息;根據襯碩環Q在工程坐標系O-XYZ中的點云坐標,來確定襯碩環a在XOY平面內 投影矩形〇4馬Cl馬內的點集巧。;將點集巧。進行平移旋轉,獲得在里程坐標系o-xyz下的 新點集if;在點集if中提取在里程坐標系o-xyz的xoy平面內投影矩形〇4鳥內的點 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Q所在里程馬獲得點集巧,點集巧為襯碩環徑在里程坐標系o-xyz的里程方 向上的有序點集;之后將襯碩環Q內壁點云數據經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壁影像。
[0006] 投影矩形曰為馬Cl馬在工程坐標系O-XYZ中的坐標為:
【權利要求】
1. 一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的 方法,其特征在于所述方法包括如下步驟:定義襯砌環Q,襯砌環 0由XwY&Z。,!^,a,運參數定義,其中2。)為所述襯砌環中心軸線的中點,R為 所述襯砌環的內徑,W為襯砌環寬度,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G?點云數據,所述點云包括坐標和反射 率信息;根據襯砌環G在工程坐標系O-XYZ中的點云坐標,來確定襯砌環Q在XOY平面內 投影矩形□為S1CT1馬內的點集if ;將點集if進行平移旋轉,獲得在里程坐標系〇-xyz下的 新點集¥ ;在點集考中提取在里程坐標系〇-xyz的xoy平面內投影矩形[1452C2i}2內的點 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G所在里程芩獲得點集6 ,點集6為襯砌環G在里程坐標系〇-xyz的里程方 向上的有序點集;之后將襯砌環G內壁點云數據經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壁影像。
2. 根據權利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方 法,其特征在于投影矩形OAACf1D1在工程坐標系O-XYZ中的坐標為:
其中,1?]為襯砌環¢1上的點云數據,R為襯砌環G內徑,W為襯砌環G寬度,Cii 為襯砌環殳中心軸線在XOY平面的方位角,P ,為襯砌環G中心軸線縱坡角。
3. 根據權利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方 法,其特征在于將工程坐標系O-XYZ中的點集if坐標轉換為在里程坐標系o-xyz下的點集 if,所采用的坐標轉換公式為:
其中a i為襯砌環Q中心軸線在XOY平面的方位角,P i為襯砌環G中心軸線縱 坡。
4. 根據權利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方 法,其特征在于投影矩形馬在里程坐標系〇-Xyz中的坐標為:
其中,R為襯砌環Q內徑,W為襯砌環Q寬度,(At〗〗1石4為點集if。
5. 根據權利要求1所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方
瑪為切線與zz軸之間的夾角。
6. 根據權利要求5所述的一種采用三維激光掃描反射率信息生成隧道內壁影像的方 法,其特征在于馬角度取值為:SS M0°。
7. 根據權利要求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 優先權日:2014年12月4日
【發明者】許正文, 郭春生, 侯敬宗, 付和寬 申請人:上海巖土工程勘察設計研究院有限公司