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专利号: 2020109261125
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种连续剖面点云特征分析的路面坑槽提取方法,其特征在于,包括以下步骤:S1.对原始点云滤波,去除非路面点云的影响,消除非路面噪声,仅保留路面点云;

S2.道路剖面提取及轮廓拟合,沿道路行车方向,间隔设定距离,对点云进行分块,以道路行驶方向的剖面作为道路的横向剖面,以道路横断面方向的剖面作为纵向剖面,用道格拉斯普克算法拟合道路剖面上的点云,简化复杂的道路点云,显示道路的形态;

S3.坑槽特征判定,计算剖面上轮廓点的积分不变量,根据其积分不变量的值判断其凹凸性,以轮廓点为凹的点作为起始点,分别向左右进行梯度值计算,以梯度值的大小作为坑槽点的生长条件,提取坑槽点云;

S4.获得坑槽点云和少量的噪声点,以点云的间距和连续性作为聚类条件,将坑槽点云聚类,根据聚类点云的个数删除噪声;

S5.采用Alpha Shapes算子从离散坑槽点集中获取坑槽的边界轮廓,根据获取边界得椭圆率和面积,删除非坑槽,完成路面坑槽轮廓精细提取。

2.根据权利要求1所述的一种连续剖面点云特征分析的路面坑槽提取方法,其特征在于,所述步骤S1包括如下子步骤:S1.1.根据扫描线上相邻点之间的高程关系进行激光点生长聚类,形成完整的地物目标点集;

S1.2.根据点集的高程和相邻点间的水平距离判断点集类型,点集类型有路面点和独立地物点;

S1.3.保留路面点云,删除非路面点云;

S1 .4 .利用高斯 函数进 行剖面 线上 相邻点 权重计 算 ,公式 如下 :其中:x为随机变量;σ为尺度参数,即x的标准差;为x的均值,等于0;

S1.5.根据高斯函数计算的权重进行点云的平滑去噪,高程值计算公式如下:Hi=Hi-1*w1+Hi*w2+Hi+1*w3,其中:Hi-1、Hi、Hi+1分别为相邻三点的高程值;w1、w2、w3分别为各点所占的权重,w1=w3=0.274,w2=0.452。

3.根据权利要求1所述的一种连续剖面点云特征分析的路面坑槽提取方法,其特征在于,所述步骤S2中设定距离指十米,步骤S2包括如下子步骤:S2.1.以道路行驶方向的剖面作为道路的横向剖面,以道路横断面方向的剖面作为纵向剖面;

S2.2.连接道路剖面上首尾两个端点AB,计算剖面上的点到直线AB的距离ds,在剖面上找出距离直线AB最大的一点S,ds计算公式如下: 其中:x0为剖面上点的横坐标,y0为剖面上点的纵坐标;

S2.3.判断S到直线AB的距离是否大于设定的阈值;

S2.4.如果此距离大于等于设定的阈值,分别连接AS和BS,并重复以上步骤;否则结束,保留所有检测的节点;

S2.5.将保留的节点定义为疑似坑槽特征点,从左到右以每两个节点间的点云进行最小二乘拟合,拟合出来的分段曲线即为路面剖面轮廓,求最小二乘解的系数的公式如下:a=(XTX)-1XTy;其中:X为系数矩阵,Y为已知常数项。

4.根据权利要求1所述的一种连续剖面点云特征分析的路面坑槽提取方法,其特征在于,所述步骤S3包括如下子步骤:S3.1.根据积分不变量定义公式计算剖面上轮廓点的积分不变量,公式如下:其中:R2为以p点为圆心建立的圆,r为圆的半径;g(x)是与路面轮廓有关的常数函数,如果以疑似坑槽特征点p为圆心的圆形的某一点,在路面轮廓上边,则取g(x)为

1,否则取为0;

S3.2.若积分不变量的值大于0.5,则该点的属性为凸,积分不变量的值小于0.5则该点的属性为凹;

S3.3从任一凹点开始,分别向左、向右进行导数值计算,直到一阶导数值小于等于0停止,一阶导数计算公式如下:S3.4.分别记录左右两个停止点,判定左右两侧停止点的处的二阶导数值是否为负,二阶导数计算公式如下:S3.5.若二阶导数值为负则保留两个停止点之间的点为坑槽点,否则不保留;

S3.6.如果左右两侧停止点处的二阶导数值都为负,则计算两个停止点之间每个点的二阶导数,并保留二阶导数值大于等于0的点。

5.根据权利要求1所述的一种连续剖面点云特征分析的路面坑槽提取方法,其特征在于,所述步骤S4中,以点云的间距和连续性作为聚类条件,对提取点云进行生长聚类,完整提取坑槽点云。

6.根据权利要求1所述的一种连续剖面点云特征分析的路面坑槽提取方法,其特征在于,所述步骤S5包括如下子步骤:S5.1.计算点云密度,以2倍点的平均间隔为圆的半径,密度计算公式如下: 其中:S为每个点到周围点的距离之和,num为计算距离值的个数;

S5.2.取聚类后点集中的任意相邻两点P1、P2计算和绘制半径为alpha的圆,该圆的表达式如下:(x-a)2+(y-b)2=4r2;

S5.3.如果圆内没有其他点,则认为点P1、P2是边界点,其连线P1P2即为边界线段;

S5.4.重复S5.2和S5.3,确定坑槽边界;

S5.5.计算坑槽中心的与坑槽边界交点距离最小值lmin和坑槽中心的与坑槽边界交点距离最大值lmax;

S5.6.根据椭圆率判定所提取的点云是否属于坑槽,椭圆率计算方程如下: