点云数据在兰州地铁中的应用

针对提取隧道点云中轴线3种不同算法,选择更加适合海量点云中轴线提取的算法。首先对隧道点云进行坐标转换,按里程对隧道点云进行连续正交断面的提取,将得到的断面通过椭圆模型进行粗差剔除;其次采用RGB颜色变化值表示断面的收敛扩张情况,通过柱状图、折线图表示断面形变特征;最后对隧道曲线段点云数据进行中轴线的提取,并进行平曲线要素的自动提取,为隧道平曲线主点位置识别、平曲线要素提取提供一种新途径。     

基于空间圆模型的隧道全局中轴线提取方法

隧道中轴线不仅能够检核隧道竣工测量,而且在隧道变形监测中其精度直接影响横断面提取的准确性。本文提出一种精确提取隧道全局中轴线的方法:首先将隧道三维点云投影至水平面形成平面点云,并采用Delaunay三角网算法获取点云边界;其次利用点云边界中转折点间的距离与隧道直径的关系提取出隧道边界线;然后依据隧道边界和中心的几何关系提取出水平中轴线,并以此提取隧道横断面;最后对隧道横断面进行空间圆模型拟合生成隧道中轴线。通过实验分析,本文方法能够适应于长距离、弯曲型隧道,为隧道中轴线提取研究提供借鉴依据。     

利用三维点云数据的地铁隧道断面连续截取方法研究

提出了一种可应用于变形监测的基于三维激光点云的隧道断面连续截取方法.该方法分为点云拼接、中轴线提取和断面截取.隧道中轴线的提取通过随机采样一致性算法和最小二乘平差算法完成;断面截取过程先基于隧道轴线信息调整隧道姿态,再对隧道数据采取局部曲面拟合进行,其中引用了限制最小二乘算法和随机采样一致性算法.采用RIEGL VE-400获取的地铁隧道点云数据进行了验证.实验证明了本文方法在三维激光扫描技术的应用方面具有一定的实践意义.     

基于激光扫描点云的隧道断面提取方法

传统断面测量方法存在效率低、精度差等特点,为优化断面测量方法,提出利用地面激光点云提取断面的方法。其主要包括:中轴线拟合、点云分割、断面提取三步骤。在基于点云双向投影确定初始中轴线的基础上,运用弦高偏移算法,提取骨架特征拐点,对中轴线分段再次拟合,获取二次中轴线;点云分割是基于隧道中轴线进行的,对隧道的点云数据进行连续分割,对截取的断面进行椭圆拟合。实验表明,通过此方法快速提取中轴线上任意位置的断面。     

三维激光扫描在地铁隧道形变监测中的应用

提出利用三维激光扫描点云截取隧道横断面拟合椭圆进行形变监测的方法。方法分为隧道中轴线提取,连续断面截取和椭圆拟合。隧道中轴线通过点云在水平面上投影后搜索的上下边缘点分别拟合二次曲线求均值得到;沿隧道中轴线设定等距间隔点,在间隔点处以中轴线正交方向截取断面;对截取的断面拟合椭圆并与设计值比较进行形变分析。实验表明,方法可以充分利用点云的大数据量特征,获得隧道内任意处的断面,是对目前监测方式的有益补充。     

基于椭圆柱面模型的隧道点云滤波方法

由于地铁盾构环片附着了大量的螺栓和螺丝以及隧道内壁上安装的大量金属支架、电器设备等附属物,使得获取的激光点云数据包含了大量的非隧道内壁点(以下简称非点),从而影响到隧道点云在形变监测、三维建模等方面的应用。本文提出基于区域分割的椭圆柱面模型方法来滤除非点,将地铁隧道横截面视为椭圆(根据盾构施工特点),利用获取的隧道原始点云数据提取出隧道中轴线,并沿隧道中轴线正交方向将点云分割为等间隔区域,然后利用各区域的点云分别迭代拟合为椭圆柱面,从而实现对隧道内壁非点的自动滤除。实验结果表明,该方法能够有效滤除隧道内的非点,为三维激光扫描技术用于地铁隧道形变监测提供高质量的点云数据。     

基于断面基准面点云模型的隧道管片分割与断面提取

隧道变形的精确测量对于掌握隧道衬砌结构的变化及其发展规律、保障隧道的安全运行具有重要意义。本文首先借助轨载移动三维激光测量系统获取地铁隧道的激光点云,结合隧道呈柱面的几何特点,提出一种基于断面基准面投影的盾构隧道点云模型构造方法;然后利用断面基准面点云的高度梯度与三维特征分割隧道管环并提取隧道断面,从而获取盾构隧道的连续横断面,为隧道变形监测提供基础。     

一种基于半圆柱模型的隧道点云中轴线提取与滤波方法

提出一种基于半圆柱模型的隧道点云中轴线提取与滤波方法,通过粗提取和精提取中线点,采用三次B样条插值加密中线点,再采用高阶多项式精确拟合中轴线方程,根据所得中轴线方程,对点云进行切片、投影、空间圆拟合,得到隧道点云横断面,取空间圆平均半径作为隧道半径,设置距离阈值,实现隧道点云滤波.实验结果表明,该方法提取的中轴线整体偏差优于2 cm,噪声滤除率达88.969％,隧道壁点提取的正确率为91.741％,滤波效果较好.     

一种古建筑点云数据的语义分割算法

针对目前从三维激光扫描点云中进行古建筑木构件分割较难的现状,提出一种对古建筑点云数据进行精确、快速语义分割的新算法。该算法首先对点云进行去噪处理;然后利用古建筑结构特性定义与柱构件相交且垂直于坐标系竖轴的一个截面并提取截面点云;接着利用点云欧氏聚类的方法从截面点云数据中提取对应于柱构件的点云并估计柱构件参数,进而基于罗德里格旋转矩阵将古建筑点云数据自动转正,使点云三维坐标系的竖轴严格垂直于地面;最后基于模型拟合的方法分割出柱构件点云,并利用古建筑几何结构、尺寸等信息采用基于包围盒的方法对其他木构件(如梁、枋等)进行分割。为了验证算法的稳健性与可行性,选取亭子类古建筑点云数据进行实验与分析。结果表明,该算法具有一定的可行性与稳健性,为古建筑点云的自动语义分割提供了思路与方法。     

基于点云数据的盾构隧道竣工测量方法

隧道轴线的偏差和断面测量是地铁隧道竣工测量的重要指标。本文详细介绍了运用空间几何的方法从海量三维激光点云数据中快速、准确地提取地铁盾构隧道断面和中心点的方法,在此基础上将提取的断面点云数据与设计断面曲线进行了二维对比分析,并在北京某地铁盾构隧道中进行了验证:从三维激光点云中提取的中心点坐标与全站仪测量得到的结果相差在±3mm以内,点位精度能够达到3.43mm。结果表明该方法可达到较高的测量精度,在地铁盾构隧道竣工测量中将具有较强的实用性。     

全站扫描点云支持下的铁路隧道横断面快速提取及变形分析

使用全站扫描仪对采动区的铁路隧道进行扫描,在分析了测边后方交会设站扫描方法精度的基础上对拱形隧道的变形进行了研究,提出了通过拱形隧道的拱顶轴线完成横断面快速提取的方法。该方法基于高程差异获得隧道拱顶点集,而后采用随机采样一致算法对其处理并对处理后的点云拟合得到拱顶轴线,以该轴线方向作为横断面的法向完成横断面点集的快速提取,并基于所提取横断面点集获得横断面轮廓线并计算隧道变形。使用全站扫描仪的点云数据进行试验并进行变形分析。结果表明该方法能够完成对拱形铁路隧道横断面的快速提取,并且所提取的横断面能够反映隧道变形情况。     

移动三维激光扫描技术在盾构隧道收敛监测中的应用

盾构隧道收敛监测是地铁运营检测的重要监测部分。针对收敛尺、全站仪、断面仪和巴塞特收敛系统、站式扫描仪等传统监测设备和监测方法的缺陷,本文提出一种基于移动三维激光扫描的新型收敛监测方法。移动三维激光扫描技术是利用二维断面扫描仪结合移动轨道车、惯性导航定位及编码器等多种传感器协同作业,通过人工推行扫描的方式全面获取隧道结构点云数据。结合自动化点云处理软件对管片断面收敛进行分析,实现地铁隧道收敛的快速全面监测,弥补了传统收敛监测效率低、断面监测不完善的缺点。工程应用实例结果表明,该方法不仅可以实现隧道收敛快速、高效监测,而且获取的海量点云数据可进一步深度挖掘,为地铁隧道的安全监测提供基础数据,保障地铁安全运行。     

基于法向偏差的隧道点云去噪算法

针对隧道类似圆柱的形态特征以及三维点云法向对噪声的敏感性,设计一种剔除由通行车辆和隧道内壁悬挂物所造成噪声点的方法。该方法利用点云的大量法向量鲁棒地估计出精确的隧道轴向,并根据点云法向与隧道轴向的偏差识别出可靠的隧道表面点,然后参照可靠点完成噪声点的进一步确认。利用仿真数据和真实的高速公路隧道扫描点云实验结果证明该方法的有效性和精确性。     

三维激光扫描技术在城市隧洞形变监测中的应用

三维激光扫描技术具有易操作、高精度、低成本的优势,逐渐广泛的应用于各项工程测绘及监测领域。本文以广东省广州市地铁1号线某段为监测对象,经过两期次监测,通过计算、分析,认为隧洞水平方向最大位移量为6.1 mm,垂直方向最大位移量为2.6 mm,且具有垂直方向形变量大于水平方向形变量的特征。实践表明,将三维激光扫描技术应用于城市隧洞形变监测中,不仅可以获得隧洞整体形变特征,而且能够获得精确的形变量信息,为城市隧洞形变治理提供可靠的依据。     

基于点云的地铁隧道断面精确拟合与形变分析

针对三维激光扫描技术应用于地铁圆形、马蹄形等不同形状的隧道断面难以精确拟合和形变分析问题,提出了一种基于三次B样条曲线的隧道断面拟合分析方法,首先利用三次B样条曲线对断面进行拟合;然后根据拟合曲线提取断面特定点,实现断面形变分析。对某段地铁隧道点云数据进行断面分析表明,该方法可以快速准确地分析隧道断面的形变信息。     

基于惯导和CPⅢ控制点的地铁隧道移动激光扫描三维点云重建

地铁隧道初始运营前,需要对隧道的施工质量和零状态进行检测,传统方法采用全站仪测量隧道的特征点及断面,工作量大、效率低、成果单一。针对上述问题,本文提出了基于惯导和CPⅢ控制点的地铁隧道移动扫描三维点云重建方法,并验证了隧道断面点云、中轴线及轨道中心位置成果精度,满足隧道规划验收测量要求。同时,该方法可同步获得隧道的水平直径、管壁影像、纵断面图及横断面图等成果,既提高了作业效率,其测量成果又可作为轨道交通结构的零状态档案,为地铁隧道规划验收测量及后期运营维护提供翔实的基础资料。     

Backscatter coefficient as an attribute for the classification of full-waveform airborne laser scanning data in urban areas

Airborne laser scanning (ALS) data are increasingly being used for land cover classification. The amplitudes of echoes from targets, available from full-waveform ALS data, have been found to be useful in the classification of land cover. However, the amplitude of an echo is dependent on various factors such as the range and incidence angle, which makes it difficult to develop a classification method which can be applied to full-waveform ALS data from different sites, scanning geometries and sensors. Additional information available from full-waveform ALS data, such as range and echo width, can be used for radiometric calibration, and to derive backscatter cross section. The backscatter cross section of a target is the physical cross sectional area of an idealised isotropic target, which has the same intensity as the selected target. The backscatter coefficient is the backscatter cross section per unit area. In this study, the amplitude, backscatter cross section and backscatter coefficient of echoes from ALS point cloud data collected from two different sites are analysed based on urban land cover classes. The application of decision tree classifiers developed using data from the first study area on the second demonstrates the advantage of using the backscatter coefficient in classification methods, along with spatial attributes. It is shown that the accuracy of classification of the second study area using the backscatter coefficient (kappa coefficient 0.89) is higher than those using the amplitude (kappa coefficient 0.67) or backscatter cross section (kappa coefficient 0.68). This attribute is especially useful for separating road and grass.     

隧道收敛测量方法研究

隧道工程在建设的过程中以及竣工后均需要对其进行收敛测量,以监测断面在水平和竖直方向的位移,确保隧道的正常运营。本文介绍了三种常用的伺服全站仪,以及如何进行扫描及相关的数据处理,根据最小二乘,推导出了求解隧道圆心坐标和半径的公式,最后介绍了一个实际的扫描实例。     

缺陷管理在国土资源信息系统维护中的应用研究

本文分析了国土资源信息化系统建设维护中存在的问题,阐述了国土资源缺陷管理的内涵,通过设计一种合理的缺陷处置流程和缺陷系统实现模式,解决国土资源信息化建设中系统维护遇到的困难,提升了国土资源信息化的整体服务水平。