利用点云处理的实时的类别级位姿估计

针对传统的视觉算法无法准确地测量物体3D质心和尺寸、无法检测数据集中未出现过的物体等问题,提出一种基于点云的类别级物体质心与位姿估计算法.首先通过2D分割算法对物体待检测区域进行分割,并通过BlendMask提高实时性;然后将分割区域生成点云,并结合先验形状输入到神经网络中重建物体模型;最后输出一个变形场以及对应矩阵,并通过Umeyama算法对物体进行位姿估计.实验结果表明,所提算法达到了较高的精度;在质心估计方面也优于包络盒中心作为质心的算法;实时速率达到了13帧/s.在GPUNVIDIA2060上进行仿真实验,证明了所提算法计算的质心优于对比算法,以及该算法的准确性及可靠性.

多源点云优化的城市三维模型构建

简易模型与传统复杂的单体模型相比,对存储、可视化、传输和后续应用技术要求低,敏感信息承载量少,且能满足大部分应用需求,具有更高的应用价值。考虑应用需求与技术现状,自然资源部将城市三维模型(L0D1.3级)纳入实景三维中国建设任务中。目前相关生产以半自动化采集为主,工程化应用存在技术流程烦琐、效率较低且对数据量限制较大等问题。本文立足山东实际,提出了一种基于多源点云优化的城市三维模型快速构建技术,在充分利用现有数据基础上有效提升了数据处理效率,大幅减少了生产成本,并在实景三维山东建设过程中得到了有效验证,具有较好的社会经济效益与推广价值。

无人机技术在超高陡边坡危岩体半自动识别中的应用

在新疆山区开展危岩体勘察时,由于工程区存在复杂且陡峭的山体,传统人工勘察危岩体的方案往往受限。为了有效地提高危岩体调查的效率与自动化程度,本研究提出了一种基于无人机的高陡边坡危岩体半自动勘察技术。将无人机贴近摄影测量技术与精确的仿地飞行路线规划相结合,获取超高边坡精确三维点云模型;应用CloudCompare软件点云剖分工具结合危岩体突出于边坡表面的形态特征对异型滑移式块体进行语义分割;并通过分析异型滑移式块体的三维特征,实现对危岩体的定性分析。将上述理论方法应用于玉龙喀什水利工程左岸超高边坡坝址,在试验区提取出了4块危岩体。所有危岩体稳定性系数(K)均低于0.9,平均体积均在2000 m3左右,最大高差在7~11 m。危岩体的空间位置分布和三维特征与现场人工勘测的基本一致。试验表明,结合危岩体特征的高精度边坡点云模型能有效识别危岩体,提高调查效率并解决人工数据模糊的问题,对高陡边坡的危岩体评估具有实际应用价值。

基于无人机倾斜摄影技术和三维点云技术的碎裂松动岩体结构面识别研究

为高效实现对复杂地质环境的高陡边坡岩体的测量与识别,选取澜沧江某水电站拌合站碎裂松动岩体边坡为研究对象,使用无人机倾斜摄影技术和三维点云技术对研究区碎裂松动岩体进行航测调查,构建研究区碎裂松动岩体边坡的三维实景模型,并从中提取三维点云数据对碎裂松动岩体优势结构面进行识别与分析。分析结果表明:该方法重现了研究区真实地形地貌特征,能获取高陡边坡碎裂松动岩体高精度的三维空间数据,掌握其优势结构面的分布特征。识别结果可为数值模拟分析中碎裂松动岩体离散裂隙网络DFN的设置提供依据,对传统手段难以实现的高陡边坡地质调查具有方法上的借鉴作用。

基于实景三维建模和点云投影分析的岩体裂隙识别应用

本研究旨在探讨无人机(UAV)实景三维建模技术和点云投影分析在岩体裂隙识别中的应用。首先,利用无人机搭载高清摄像镜头,对岩体进行高精度的三维实景扫描,获取大量的岩体表面数据;然后,通过图像处理和三维重建算法,对获取的数据进行处理和分析,实现对岩体裂隙的准确识别和测量;最后,结合实地验证和地质勘探实际需求,验证该技术在岩体裂隙识别中的可行性和有效性。研究结果表明,无人机实景三维建模和点云投影分析能够实现对岩体裂隙的高精度识别和三维重建,裂缝识别准确率由83.4%提升至93.1%,漏提率由30.3%降低至15.4%。该技术不仅在提高识别精度和效率方面具有显著优势,同时也能够降低传统岩体勘探过程中的人力和物力成本。

基于双目立体视觉的岩体结构三维建模及其参数优化

为研究岩体结构面的快速、高效建模方法,基于便携型LenaCV双目立体视觉成像系统,对左、右双目图像进行校正、对齐、纠偏和三维建模算法研究,提出确定相机内外参数的最优标定工况,分析适于点云建模的目标对象特征,确定三维点云建模的最佳拍摄距离与基线距离关系,获取双目视觉建模的最优参数。研究结果表明:以0.5像素为误差上限,LenaCV相机标定的最佳棋盘格尺寸为10 mm、最优标定距离为25倍基线距离;对比三维点云模型建模效果,表面粗糙对象建模效果优于光滑对象,目标在视野中图幅占比高的对象建模效果优于图幅占比低的对象;12 cm基线距离相较于6 cm基线距离的LenaCV双目系统,建立并输出的目标对象的三维点云数据结果更优。基于几种现场测试讨论了最优标定工况、摄影工况和建模对象特点,为岩体三维结构重建提供了可参考的实践经验,验证了基于LenaCV双目摄像机的三维岩体结构面建模的可行性。

浊点萃取-气相色谱-质谱法测定水中9种芳香胺类化合物

本研究基于以曲拉通X-114(Triton X-114)为萃取剂的浊点萃取技术和气相色谱-质谱法,建立了一种高效、高灵敏度的水体中9种芳香胺(2-氯胺、3-氯胺、4-氯胺、2-硝基苯胺、3-硝基苯胺、4-硝基苯胺、1-萘胺、2-萘胺和4-氨基联苯)的检测方法。采用单因素优化法对影响提取效果的重要因素进行了优化。采用气相色谱-质谱对水中9种芳香胺进行定性、定量分析,使用中等极性色谱柱DB-35 MS(30 m×0.25 mm×0.25μm)进行分离,在选择离子模式(SIM)下测定,内标法定量。实验结果表明,9种芳香胺在16 min内能够完全分离,且在各自的范围内线性关系良好,相关系数(R^(2))均大于0.998。9种芳香胺的检出限(LOD)和定量限(LOQ)分别为0.12~0.48μg/L和0.40~1.60μg/L。选取饮用水源地地表水、近海海水和典型印染行业废水3种类型水体进行加标回收试验,在2个加标水平(2.0、10.0μg/L)下,饮用水源地地表水的加标回收率为81.1%~109.8%,日内精密度为0.7%~5.2%,日间精密度为1.6%~6.2%;近海海水的加标回收率为83.0%~115.8%,日内精密度为1.5%~8.6%,日间精密度为2.4%~12.2%;典型印染行业废水的加标回收率为91.0%~120.0%,日内精密度为2.9%~12.9%,日间精密度为2.5%~13.1%。采用所建立方法对饮用水源地地表水、近海海水和典型印染行业废水中的9种芳香胺进行检测,在饮用水源地地表水和近海海水中均未检出目标组分,而在印染行业废水中主要检出2-氯胺、4-氯胺和4-氨基联苯3种印染行业常用的芳香胺。与其他方法相比,该方法具有操作简单、灵敏度高、成本低、有机试剂用量少、重复性较好等优点,为水中芳香胺及其他痕量有机物的测定提供了技术支持。

一种三维点云聚类算法的研究

在重构曲面之前,需要对点云数据进行聚类处理,以保证后续3D重建工作准确、高效地进行。基于采用传统的聚类方法处理立体视觉形成的海量数据所存在的计算与存储瓶颈问题,提出一种新型的聚类算法,即基于包围盒的密度聚类算法。它首先利用包围盒算法对给定的海量点云进行过分聚类,然后对每个过分簇求中心,用中心点代替过分簇,最后在过分簇的级别上进行基于密度的聚类来完成对整体的聚类。结果显示该方法能够有效地实现海量点云的聚类,突破计算瓶颈。它实现了原始点云的大量删减,简化率高达96.75%,并最终在过分簇的级别上将原始点云分为5类。

基于地面激光扫描的快速成图关键技术研究

讨论将新型的激光扫描技术用于大比例尺地形图测绘的尝试,在攻克海量点云数据组织、管理及实时可视化;多站点云数据自动化配准;兴趣目标地物自动化提取;兴趣地物边界提取、矢量化及符号化等关键技术的基础上,通过实际案例给出了该技术用于大比例地形图测绘的具体技术流程,为大比例尺地形图测绘提供新的技术手段。

基于激光点云数据的岩体结构面全自动模糊群聚分析及几何信息获取

岩体结构面的优势产状和几何信息是评价岩体结构面发育的重要指标,而传统的罗盘测量方法往往无法测量高陡边坡和危险边坡,且无法精确获取岩体结构面几何信息等。三维激光测量技术可以远距离获取裸露岩体坡面的高精度三维激光点云数据,进而可获取结构面的几何信息和实现全自动模糊群聚统计分析。对高精度激光点云数据进行三角网重构,计算重构的三角网平面方程的法向向量及产状,利用模糊C平均群聚方法对结构面产状进行群聚分类,并采用不同颜色表示结构面的群聚分类结果。在此基础上应用IDL语言编制基于海量激光点云数据的岩体结构面自动统计分析软件FSS,将该方法应用于怀柔桥梓镇一裸露岩石边坡结构面优势产状的统计分析中,统计结果表明,该方法具有快速和远距离测量的优点,且结构面群聚分类结果可靠、合理。

基于激光测量和FKM聚类算法的隧洞岩体结构面的模糊群聚分析

岩体隧洞结构面的数量、产状和发育情况是评价隧洞透水性和稳定性的重要指标。采用三维激光测量技术可以快速获取隧洞周围岩体激光点云数据和结构面的几何信息。提出了基于柱面投影和Delaunay生长算法的激光点云的三角网重构技术,利用构建的三角网平面方程的法向向量计算出单个三角网平面的产状,并应用FKM聚类算法进行隧洞岩体结构面产状的模糊群聚分类。该方法可以快速得到不同组的优势产状,且分类结果可用不同颜色进行空间显示。最后运用自主研发的FSS软件对某隧洞的岩体结构面优势产状进行了研究,研究结果表明:1)基于柱面投影和Delaunay生长法的点云构网方法特别适合于隧洞工程,构网速度快、效率高,重构得到的三角网表面与被采样的岩体表面拓扑差别最小;2)FKM模糊群聚方法对隧洞岩体结构面的群聚分类结果可靠、合理,具有较强的通用性和推广性。

基于激光点云数据的裂隙岩体渗流场的无单元法模拟

利用三维激光扫描技术获取岩体表面高精度激光点云数据,进而得到岩体裂隙网络的几何信息和产状分布情况。研究基于激光点云坐标数据求解含复杂裂隙网络岩体二维渗流场的无单元法,采用罚函数法处理渗流边界条件,并推导无单元Galerkin法的基本方程和积分格式。该方法首先将激光点云数据经坐标投影和抽稀后作为无单元模拟的节点坐标数据;然后结合岩体裂隙网络的几何信息,采用无单元法计算渗流场,进而分析岩体的渗透特性。该方法具有以下优点:(1)可以精确获取高陡边坡的裂隙产状、位置坐标、长度和开度等几何信息;(2)直接将激光点云作为无单元法节点,减少生成裂隙网格和生成节点坐标的工作;(3)将裂隙网络采用裂隙渗透张量表示,可以对非连通裂隙、不同开度和不同充填程度的裂隙进行模拟。在此基础上,应用IDL编制基于海量激光点云数据的岩体裂隙产状分析和无单元法渗流场数值模拟软件LIDAREFM,并计算怀柔县桥梓镇一裸露岩石边坡的渗流场。计算结果表明,该方法是可行、有效的,计算得到的渗流场分布及特性能够反映岩体裂隙网络对渗流场的影响。该方法为研究裂隙岩体真实渗流场分布提供了一种新的研究思路。

基于三维激光扫描技术的高边坡岩体结构调查

三维激光扫描技术作为一种新型的测绘技术,运用于岩体结构调查时突破了传统的单点测量法,更易宏观把握结构面的产状。在对三维激光扫描原理和基本工作步骤介绍的基础上,以西南某水电站右岸坝肩高边坡的为例,通过对设站位置的布设、坐标转换误差的校核、结构面产状的提取、结构面的分组和裂隙网格的生成等几个方面的介绍,阐述了激光扫描技术在水电站高边坡岩体结构调查中的应用,最后提出了该技术在高边坡岩体结构调查中的优缺点和发展前景。

基于子空间特征向量的三维点云相似性分析

提出一种基于子空间特征向量的三维点云相似性分析算法。首先,获取两个物体的三维点云数据,并进行位置标准化。其次,利用最小子空间分割算法将两个三维点云分别分割成若干子空间。随后,计算子空间的质心到其拟合曲面的距离和夹角,并基于上述距离和夹角构成的向量空间,提取子空间特征向量。最后,通过特征向量间的相似度计算来评价两个三维点云的相似性。由于该方法将描述三维形体特征的子空间特征向量作为相似度度量的依据,所以具有数据量小、精度高的特点。实验表明,该算法能够定量地分析两个三维物体的相似性。

基于立体成像技术的矿山岩体质量快速分级方法研究

岩体质量分级是判断岩体质量好坏,保障矿山工程安全和合理开展的重要基础工作。采用立体成像技术,从岩体图像信息分析和三维点云信息识别出发,通过分析点云空间三维信息得到了岩体的结构面分布情况,基于岩体表面图像信息分析得到了节理形态、风化程度等信息;提出了基于RMR法的节理岩体质量快速分级方法,并结合节理岩体实例进行了应用可行性探讨。该方法能够为岩体质量分级初步的快速判别和应用提供参考。

三维激光扫描技术在地下巷道岩体结构面识别的应用

为了精确获取地下巷道的结构面信息,基于三维激光扫描技术,开展地下矿山巷道岩体结构面探测及识别研究。阐述了三维激光扫描系统及其原理、点云数据收集与处理、结构面信息提取的工作流程,并在云南锡业股份有限公司卡房分公司大白岩区域Ⅰ-51#矿群的1430 m、1440 m和1450 m水平主巷道开展了三维激光扫描与结构面信息提取,最后将传统测量手段与三维激光扫描测量方式所获取的结构面数据进行对比分析。结果表明:在地下矿山巷道中,相比传统测量手段,三维激光扫描测量方式所获取的结构面数据更丰富、全面且准确。三维激光扫描技术可为地下矿山巷道岩体结构面工程调查提供一种高效、精确的测量手段。

浊点萃取-气相色谱质谱法检测中药材中的有机磷农药残留

以表面活性剂C12E10作为浊点萃取剂,通过超声波辅助作用增强溶液的乳化效果,建立了一种新型的三七、云木香、茯苓中8种有机磷农药残留检测的前处理方法（UASEME）。通过优化影响UASEME的各因素,添加农药标准品进行了加标回收率实验。结果表明,方法回收率在80.69%~100.66%之间,相对标准偏差为（RSD）2.21%~5.96%,检出限为在2.8×10-6-8.1×10-6ng/L。该方法的各项技术指标均满足农药残留的检测要求,适合中药材中痕量农药的残留分析。

采用点云重心距离进行边界检测的点云数据配准

针对现有迭代最邻近点(ICP)算法在点云数据配准过程中查找对应最近点速度缓慢、配准效率低的问题,提出一种采用点云重心距离进行边界检测的点云数据配准新算法.该算法首先运用主成分分析法进行点云数据粗配准,获得良好点云姿态;其次,采用点云重心距离特征进行边界检测并提取待配准点云边界;在此基础上,利用K-D树在两点云边界中查找对应最近点对,并通过单位四元数法进行坐标转换,求得平移矩阵及旋转矩阵,从而实现快速、精确的点云数据配准.实验结果表明:与经典ICP算法、现有改进ICP算法相比,本文中点云边界特征点的提取简单快速,极大简化了配准点集,简化率达到2.24%,改进方法的配准效率提高了25.8%.本文算法在保证精度基础上有效提高了配准效率,适用于数据量较大的点云数据配准.

响应面法优化浊点萃取法测定城镇污水中痕量纳米银研究

采用单因素和响应面法对浊点萃取-电感耦合等离子体质谱法(ICPMS)测定城镇污水中痕量纳米银进行优化,通过模拟和方差分析得到pH值、水浴时间、萃取温度、离心时间可达显著水平的三次响应面模型。通过响应面分析,得到浊点萃取的最优萃取条件为pH=3、水浴时间40 min、萃取温度40℃、离心时间10 min,此时实际浊点萃取率为100. 03%,与模型预测值(101. 57%)接近且实现完全萃取。另外,运用该优化条件对城镇污水处理厂中各处理单元纳米银质量浓度进行检测及加标回收,结果表明,该方法可实现在城镇污水中排除其他污染物干扰,达到有效富集纳米银的目的。

浊点萃取-电感耦合等离子体质谱法测定地质样品中金

采用盐酸和硝酸溶解样品,加热蒸干硝酸后,控制萃取液中盐酸浓度为1.0mol/L左右,以5-巯基-3-苯基-1,3,4-噻二唑-2（3H）硫酮钾盐（铋试剂Ⅱ）为络合剂,聚乙二醇辛基苯基醚（Triton X-100）为萃取剂,在沸水浴中对金进行浊点萃取,建立了电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定地质样品中金的方法。浊点萃取的最佳条件为：在稀释后的样品溶液中加入0.5mL铋试剂Ⅱ溶液、2.5mL Triton X-100溶液后,将比色管置于100℃水浴锅中加热30min,使用体积比为10%的稀王水溶解有机相并定容到5mL。选择20μg/L185 Re为内标可有效校正铋试剂Ⅱ的基体效应和仪器的信号漂移。浊点萃取方法的富集比为4.75,方法检出限为1.3μg/L。采用方法对GBW07405黄红壤标准物质与GBW07300金矿石金成分分析标准物质、S1和S2实际岩石样品进行测定,结果与认定值或泡沫吸附-石墨炉原子吸收光谱法测定值一致,相对标准偏差（RSD,n=6）为1.2%~3.6%。