基于三维激光点云的封闭曲面变形检测方法与流程

技术特征：

1.基于三维激光点云的封闭曲面变形检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：封闭曲面三维激光点云数据预处理

引入多期的封闭曲面三维激光点云数据，每期数据均记录x、y、z的坐标信息；在使用地面三维激光扫描仪对封闭曲面进行多期扫描时，选择高密度扫描模式，采用R树空间索引结构技术对海量点云数据进行包括输入、显示、切割的操作和管理；对多期点云数据进行包括配准、去噪、抽稀的常规预处理；

步骤2：提取封闭曲面中心线

对封闭曲面进行中心线提取，采用迭代算法处理点云的中心线提取；迭代算法所采用的初值选用封闭曲面的设计中心线；

采用迭代算法处理点云的中心线提取方法：以封闭曲面的设计中心线为基准对封闭曲面进行初步断面截取，分别对各断面点云进行高精度拟合，各断面的拟合中心的连线即为初步中心线；

当拟合的初步中心线符合限差要求时，可确认为封闭曲面中心线；当拟合的初步中心线不符合限差要求时，需重新进行步骤2的中心线提取工作；

步骤3：截取点云断面

以步骤2获得的封闭曲面中心线为基准，对封闭曲面的点云数据进行断面截取；该步骤将从第1期到第n期引入多期点云数据，n＞1，分别截取点云断面；

步骤4：基于几何拟合的断面形变检测方法

在对断面的形变进行检测时，由于测量误差的存在，待拟合点与模型之间存在偏差，将偏差值设为e_i；将偏差值e_i定义为待拟合点(x_i,y_i,z_i)与模型的欧式距离，几何拟合的模型定义为与待拟合点偏差平方和最小的模型，如公式⑴所示：

Σ i = 1 m e i 2 = m i n - - - ( 1 ) ]]>

式中，待拟合点(x_i,y_i,z_i)从第1到第m个计数，m＞1，e_i为第i点的偏差值，min为最小值；(x_i,y_i,z_i)为待拟合点在X轴、Y轴、Z轴上的坐标；

模型的几何拟合算法是将公式⑴的求解采用最优化算法来解决，包括对于平面ax+by+cz+d＝0的几何拟合，等价于最优化问题公式(2)的求解；优化问题属于非线性最小二乘问题，采用Gauss-Newton迭代算法对公式(2)进行求解：

Σ i = 1 m e i 2 = Σ i = 1 m ( | ax i + by i + cz i + d | a 2 + b 2 + c 2 ) 2 = m i n - - - ( 2 ) ]]>

式中，a、b、c为线性拟合的系数，d为常数；

步骤5：曲面数据的自动对比

对多期点云的同里程处的断面进行比较，得到同里程处断面在不同测量时期的形变信息；以各断面拟合所得的中心点为基准，在断面所在的平面内对各个方向上的多期点云进行对比分析；通过参数设定断面所在平面各方向的疏密程度，形变检测算法支持批量断面对比分析操作；

对比即是求差运算，对比的结果即为检测结果，通过与视具体工程对差异大小的具体规定设定的阈值的比较，在超出阈值情况下发出预警。

2.根据权利要求1所述的基于三维激光点云的封闭曲面变形检测方法，其特征在于：步骤2中，采用迭代算法迭代2～3次处理点云的中心线提取。