基于内壁点云切片坐标的高速公路隧道整体变形监测方法

因高速公路隧道在使用过程中容易产生横向、纵向形变,易产生高速公路隧道安全问题,为此,提出一种基于内壁点云切片坐标的高速公路隧道整体变形监测方法。采用投影平面方式将内壁实现点云信息分层,令各段点云映射到中心位置的参考平面,提取内壁点云信息,运用最小二乘法拟合隧道平面,使用格网化内插值算出各点云内插值,通过各时间点网格内插值变化情况,判断出该隧道变形相关量,根据网格平面所在位置得出变形位置,完成隧道整体变形监测。结果表明:所提方法的监测信息数量和计算时间分别为9921个和6.21s,能够敏锐感知细微隧道变形,监测效率最高,具有较高实用性与有效性,该方法可有效提高高速公路隧道交通运行的安全性。

用于路面纹理指标计算的点云坐标校正方法

为实现路面纹理形貌的精确复原与路面纹理指标的有效计算,基于最小距离法和特征值法分别提出二维和三维点云坐标校正新方法,以抑制路面点云模型的倾斜与偏移.对比了二维点云坐标校正新方法与传统方法在不同坐标系下的稳定性;结合点云纹理特征变化及坑槽实例分析,指出了传统三维点云坐标校正方法的不足;研究了AC-13、OGFC-13、EAP-3三种路面在不同校正方法下纹理指标及形貌重构图像的差异,确定出适用于纹理指标计算的校正方法.结果表明:二维点云坐标校正新方法具有更好的稳定性,适用于断面纹理指标的计算;传统三维点云坐标校正方法使路面纹理特征趋于平滑,三维点云坐标校正新方法将估计构造深度与实测值间的偏差降为传统方法的47.79%以下,提高了路面纹理的复原精度,更适用于区域纹理指标计算.

一种新型三维激光扫描隧道测量点云坐标定位方法的精度评估

提出了一种基于三维激光扫描仪特殊定位硬件装置和七参数坐标转换算法,对每个扫描测站点云利用最近的隧道控制点进行绝对定位,将多个隧道扫描测站数据不经过拼接就统一转换成隧道控制测量坐标系坐标的方法——点云绝对定位法,并应用误差传播理论和相应数值模拟计算对该方法的测量成果进行精度评估和重要误差来源分析。最后得出在一定条件下采用该方法获得的隧道扫描测量成果可以满足城市地铁测量规范对竣工测量精度要求的结论。

基于男士内裤的腰臀裆部点云坐标集三维建模

随着我国人民生活水平向小康转化,合体性和个性化的私人内裤订制成为男士更加追求的一种时尚。自动化快速成版是提高个性化定制效率的前提,而三维建模又是自动化快速成版的先决条件。通过三维扫描仪获得个体三角形数据,使用逆向工程软件将三角形数据转换为点云数据进行优化处理,在7个围度面选取50个等分点表征各截面形态,从腰围至大腿围提取350个点云坐标集,将对称处理后的点云坐标集做标记导入SOLIDWORKS软件,构建个体的实体模型。以个体为例提出男性腰臀裆部三维建模的方法,为男士内裤自动化快速成版做好技术支撑。

采用虚拟立体视觉的航空发动机叶片点云测量方法

叶片作为航空发动机的重要零部件,加工成本极为昂贵,为了实现对残损叶片的修复,必须精确获取叶片曲面点云数据,为修复提供数据支持。为此,研究了一种采用虚拟立体视觉的测量方法,首先分析虚拟立体视觉系统的数学模型,利用非参模型及精密靶标实现对系统内外参数的标定,然后采用KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法结合外极线约束实现了叶片散斑点之间的立体匹配,最后采用点到投影射线距离平方和最小化作为约束条件求解叶片点云空间坐标,得到叶片曲面点云数据。实验结果表明,根据本文方法获取的叶片曲面点云数据拟合出的叶片曲面相关系数大于0.99,叶片曲面几何参数均值误差小于0.2 mm。本方法针对发动机叶片点云测量这一特殊应用环境,提出了一种简化的测量方法,实现了叶片点云的高精度、高可靠性测量。

基于机载LiDAR点云的道路提取算法研究

提出一种对点云特征信息进行聚类的方法,以提取机载LiDAR数据中的道路。通过采用软件ENVI 5.3反复建立三角网实现点云滤波获取地面点云,且采用零—均值标准化对地面点云进行标准化,以消除其量纲。然后进一步利用K-means++方法对点云三维坐标聚类实现点云分割,以获取包含道路点云的类别,且对该类别中点云的高度信息进行聚类以提取道路点云。以荒漠植被区机载LiDAR为研究区,对比直接对点云高度信息聚类的结果表明:在设置相同聚类参数的基础上,直接进行高度聚类的SSE总和为2550.714,所提出的先分割后聚类方法获取的SSE总和为73.696,比直接进行高度聚类的SSE总和低2477.018,说明本方法使K-means++性能更好。对比运算速度发现,虽然采用该方法聚类消耗时间比直接聚类消耗时间多16 s,但提取结果更好,可去除非道路点云3673个。

电力管廊顶管施工杆塔中心桩位移自动化计算方法

在不同的杆塔结构中,同一种算法的位移值存在较大差距,为提高位移计算精度,在不同的杆塔中心桩偏移条件下设计电力管廊顶管施工杆塔中心桩位移自动化计算方法。基于连通域提取杆塔点云坐标,论述KD树分割原理,计算其时间复杂度,在不同的阈值中确定点云坐标,得到归一化的点云数据;计算不同条件下位移值,将等长横担杆塔的中心桩与长短横担杆塔中心桩作为主要的杆塔结构,创新性地分别计算其中相挂点位于中心点处以及中相挂点偏移情况下的位移值,设计中心桩位移自动检测与计算算法,对应点云数据,获得中心桩位移。实验结果表明,该计算方法所得到的位移值与实际测量值最接近,位移计算精度更高。为保证电力管廊顶管施工杆塔的稳定性,提供了理论与实际参考价值。

基于点云三维坐标数据计算复杂物体体积

针对无法精确计算不规则物体体积的问题,提出利用点云三维坐标数据,采用法向量有向体积法计算复杂物体体积。其方法就是将不同高程面上三维坐标数据投影到XOY平面上,采用Delaunay法对离散点云进行三角形剖分,再还原到各三角形顶点的真实高程生成单面倾斜五面体,逐个计算出单一五面体的体积,最后求和得出整个物体的总体积。

基于像素面元体素法的地缸醅料挖取量评估

为研究机器人快速取料,实现机器代人进行地缸出醅,解决地缸醅料挖取区域三维外形难以准确获取、挖取量评估困难的问题,利用图像处理和点云技术与设计像素面元体素法划分地缸区域面元,统一缸口内点云坐标系,分析相应面元处缸口内点云变化情况,对地缸醅料挖取量评估进行研究。结果表明:通过地缸边缘检测和几何约束可有效提取地缸口内边缘,空洞填充后获取缸口内数据,可避免缸口外干扰因素影响地缸醅料挖取量评估效果;依据缸口及缸口外图像进行配准,缸口内点云坐标系统一后均方根误差在0.16 cm附近波动;地缸出醅过程中,挖取质量测量值与采用像素面元体素法测算的醅料挖取区域体积测算值的比值逐渐增大,符合地缸发酵醅料特点,比值相近区间内,醅料挖取区域体积测算值可以反映挖取质量测量值。像素面元体素法可以有效评估醅料挖取量,研究结果可为后续设计基于挖取量评估的醅料取料机器人快速取料方法提供依据。

基于Kinect的农作物长势深度图像实时获取算法

快速、准确、实时获取农作物长势形态图像信息已经成为数字农业生产管理的趋势和必要手段,而深度图像信息包含彩色图像所没有的三维信息,可为农作物的生长模型三维重建以及实时长势形态监测提供有价值的数据。本研究采用微软公司开发的一款廉价体感游戏设备Kinect,尝试了对农作物长势形态深度图像进行实时监测研究,在介绍Kinect深度成像原理的基础上,提出了采用Kinect获取农作物长势深度图像的算法以及提取3D点云世界坐标的算法,并开展了初步试验。试验结果表明,该方法可以获取良好的三维图像数据信息,能够为后期农作物的生长模型三维重建、长势状态分析、病虫害实时监测等研究提供有价值的数据依据。

地理国情普查工作中车载移动测量系统更新DEM方法的探讨

利用车载移动测量系统MMS采集物体三维坐标点云,并快速高效地获取变化区域的数字高程模型,以解决地理国情普查工作中正射影像纠正精度的问题。

一种工业构件螺栓孔空间位置高精度检测方法

针对目前工业用螺栓孔空间位置检测难度大、精度低等问题,提出了一种基于空间位置点云坐标的检测方法。通过三维激光扫描仪扫描带有24孔的构件,获取所有数据点并进行拟合,构建螺栓孔的位置点云坐标值,对螺栓位置点云坐标进行计算和转换,从而判断螺栓的安装位置。通过构件点云的扫描试验发现,坐标值的平均误差仅为0.4 mm左右。该检测方法能很好的实现螺栓孔空间位置的检测,具备一定的市场推广价值。

基于激光三角法的三维轮廓测量系统研制

为了改善光电子技术、数字图像处理等3D打印相关技术课程的实践教学效果,设计了基于激光三角法的三维轮廓测量系统。采用单片机作为主控制器,步进电机驱动旋转靶台使待测物体做360°旋转,工业相机采集线激光器照射到被测物体的反射光,对图像进行二值化和滤波预处理、极值法提取激光线中心、点云坐标计算等处理后获取被测物体三维轮廓信息。实验结果表明,该系统能够准确获取被测物体三维轮廓,测量误差小于±0.5mm。

面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价

针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题,提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列,通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标,并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标,结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系,从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下,进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系,再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度,设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明:该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm;方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此,该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定,且具有操作简便、精度高等特点,可用于双屏视觉标靶的标定。

Complex geometric modeling and tooth contact analysis of a helical face gear pair with arc-tooth

A complex geometric modeling method of a helical face gear pair with arc-tooth generated by an arc-profile cutting(APC)disc is proposed,and its tooth contact characteristics are analyzed.Firstly,the spatial coordinate system of an APC face gear pair is established based on meshing theory.Combining the coordinate transformation matrix and the tooth profile of the cutter,the equations of the curve envelope of the APC face gear pair are obtained.Then the surface equations are solved to extract the point clouds data by programming in MATLAB,which contains the work surface and the fillet surface of the APC face gear pair.And the complex geometric model of the APC face gear pair is built by fitting its point clouds.At last,through the analysis of the tooth surface contact,the sensitivity of the APC face gear to the different types of mounting errors is obtained.The results show that the APC face gear pair is the most sensitive to mounting errors in the tooth thickness direction,and it should be strictly controlled in the actual application.