基于点云数据的隧道中轴线自动提取方法研究.pdf

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1、舅doi：103969／]issn基1671于—910点7201云6．01数．056据的隧道中轴线自动提取方法研究StudyonPointCloudData-basedAutomaticExtractionMethodforTunnelCentralAxis李兵。杨勇，吴英勇(西南大学资源环境学院，重庆400715)．摘要：隧道中轴线可以反映隧道的整体走势，而中轴线的准确性影响着隧道．董云数据的后续处理。对此．该文提出一种自动提取中轴线的方法．将点云数据投影后利用单位圆极坐标相邻角度差来确定边界点．根据RanSA

2、C算法对不同参数模型进行统计．对直线段、缓和曲线及曲线的曲段进行区分，然后利用RanSAC算法对不同区段拟合，提取各区段的中轴线，对各区段中轴线进行加权整体最小二乘法拟合，最终得到整段中轴线。该文采用上海隧道点云数据进行了中轴线自动提取实验实验证明了该方法能有效提取中轴线关键词：中轴线；边界点；RanSAC算法：最小二乘法中图分类号：P258文献标识码：A文章编号：1671—9107(2016)叭一0056—05Abstract：Thetunnelcentralaxiscanreflecttheoveralltr

3、endofthetunnel，anditsaccuracyafectstheprocessingofthetunnelpointclouddata．Inthispaper，theautomaticextractionmethodforcentralaxisispresented，withwhichtheboundarypointscanbedetermined．DiferentsectionsarefiredbyRanSACalgorithm，andthecentrMaxiscanbeobtainedthroug

4、hthatofeachsection．TheautomaticextractionexperimentisdonewiththepointclouddataofShanghaitunnel，anditshowsthatthismethodisproventobeefective．Keywords：centralaxis；boundarypoints；RanSACalgorithm；leastsquaremethod计算水平方向边界像素位置的参数的快速匹配方法[41Kim—引言mel等人提出一种基于距离转换的提取中

5、轴线的方法．主要是根据分段边界最大曲率来计算中轴线_5_．然而这种方法的准确性依赖于在存在噪声的边界上准确地检测出曲率曹斌隧道中轴线的检测不仅在施工过程中可以控制保证施工(2008)和王荣(2011)提出一种计算隧道轴线三维坐标偏差仪器沿着设计的轴线掘进．还可以随时提供掘进仪器的位置的方法．根据隧道轴线的特点对不同线型进行分析．实现了隧姿态，保证隧道贯穿精度，如图1所示。再者，在隧道保养维护道轴线三维坐标的批量快速计算．为盾构推进过程中偏差的期间，可以通过中轴线的测量来检测隧道的变形情况。确定以及隧道环片拼装后中

6、心坐标偏移的监测以及环片后期监测提供了一种实现方法陆步云采用数理统计随机抽样的方法．对隧道轴线数据进行分析、计算从而达到对隧道整体质量的控制。托雷等人(2013)通过投影的方式，利用Ransac算法及最小二乘法提取中轴线．之后王保前【-~1(2013)提出利用法向式中轴线提取的方法．以投影式中轴线提取为基础．确定轴线提取的初始位置．其次沿垂直于轴线切线的方向截取隧道断面点．并对断面点截取区域进行局部曲面拟合，确定该断面点坐标及其对应的局部曲面法向量．然后．依据隧道设计的几何结构．该法向量应该处处垂直于隧道轴线切线

7、方向．依此图1隧道中轴线偏差(水平)为约束条件调整隧道轴线方向．最后．沿初始轴线方向设定步长依此截取断面．实现隧道中轴线的动态提取。隧道中轴线是由各自独立的平曲线和竖曲线组合而成本文根据隧道中轴线的特点．结合点云数据投影XOY面平曲线包括直线、缓和曲线、曲线等3种；竖曲线包括直线、凸及YOZ面及利用单位圆极坐标相邻角度差来提取边界点．应曲线、凹曲线等3种lll用RanSAC算法进行各种参数模型的统计自动识别不同的区通过中轴线．很多有关方面的问题都能很好的控制．如人段．然后对整个应用RanSAC进行模型粗差点的剔除

8、．拟合模体肠道的自动虚拟导航就是使用肠道的中心线来控制虚拟摄型隧道点云数据的不同区段进行加权整体最小二乘法拟合．像头的运动和方向的。IngmarBi~er等人在一种光滑、准确的最终得到整体的中轴线中轴线提取算法一文中提出通过离散中心线使用差值及逼近曲线方式来创建一个连续的中心线的方法[31AlexandruTelea等1基于RanSAC算法的中轴线自动提取f2002)提出