一种基于激光雷达点云进行桥梁三维重建的方法及设备与流程

本发明涉及工程测量，特别涉及一种基于激光雷达点云进行桥梁三维重建的方法及设备。

背景技术：

1、现有技术利用无人机激光雷达获取桥梁点云数据，因雷达测量角度的问题，导致点云分布不均匀，部分位置点云数据缺失；由此导致基于现有的点云三维重建方法创建出来的桥梁三维模型不完整，缺失较多。另一方面，利用无人机激光雷达获取的桥梁点云数据量大，传统方法重建的模型数据量也较大，对计算机性能要求高，使用不方便。

2、综上所述，现有技术存在桥梁点云不完整以及点云数据量庞大的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中所存在的桥梁点云不完整以及点云数据量庞大的不足，提供一种基于激光雷达点云进行桥梁三维重建的方法及设备。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于激光雷达点云进行桥梁三维重建的方法，包括以下步骤：

4、s1：获取待建模桥梁点云；按照预设里程间隔，从俯视视角对桥梁点云提取中线点，生成中线点集合。

5、s2：根据所述中线点集合提取粱部横截面代表点；根据粱部横截面的相邻关系以及所述粱部横截面代表点，构建粱部三角网。

6、s3：根据所述中线点集合提取桥墩底部代表点以及桥墩顶部代表点；根据所述桥墩底部代表点以及所述桥墩顶部代表点，构建桥墩三角网。

7、s4：将所述粱部三角网以及所述桥墩三角网组合，构建桥梁整体三维图，完成桥梁三维重建。

8、作为本发明的优选方案，所述s1包括以下步骤：

9、s11：通过激光雷达扫描待建模桥梁区域并保留桥梁部分的点云，作为桥梁点云。

10、s12：按照预设里程间隔并避开桥墩，从俯视视角对桥梁点云提取中线点，生成中线点集合。

11、作为本发明的优选方案，所述s2包括以下步骤：

12、s21：按设定顺序在所述中线点集合中选择一个中线点作为基准点，并将下一个中线点所在位置作为前进方向；遍历计算所述桥梁点云中的点到基准点所在垂直面的距离。

13、s22：将距离小于预设阈值的点保留，作为当前基准点的梁部横截面点；并计算各个梁部横截面点到当前中线点与下一个中线点连线的垂直距离。

14、s23：将所述梁部横截面点按照预设宽度竖向分区，并提取各个分区中高程最大的点以及补偿点，得到梁部横截面代表点。

15、所述补偿点包括第一补偿点以及第二补偿点；所述第一补偿点以及所述第二补偿点的坐标获取方式分别如下：

16、提取梁部横截面点中垂直距离最小的点的值、值作为第一补偿点的值、值，提取梁部横截面点所有点中的最小值作为第一补偿点的值；

17、提取梁部横截面点中垂直距离最大的点的值、值作为第二补偿点的值、值，提取梁部横截面点所有点中的最小值作为第二补偿点的值。

18、s24：根据所述前进方向循环s21-s23，依次得到所有基准点对应的梁部横截面代表点。

19、s25：依次将相邻截面对应的分区中对应的梁部横截面代表点连接，得到粱部三角网。

20、作为本发明的优选方案，所述s24中所述所有基准点对应的梁部横截面都采用相同的分区数。

21、作为本发明的优选方案，所述s3包括以下步骤：

22、s31：按设定顺序在所述中线点集合中选择一个中线点，以当前中线点和下一个中线点的连线为直径，以连线中心点为圆心作圆，遍历所述桥梁点云，提取出位于圆内的点。

23、s32：若圆内的点存在满足的点，则圆内存在桥墩，将所述圆内的点作为桥墩候选点。

24、其中，为圆内的点的最低高程；为当前中线点和下一个中线点对应的梁部横截面中的最低高程；为预设的桥墩高程补偿值。

25、s33：将所述桥墩候选点按照高程从小到大排序，遍历计算排序后桥墩候选点中前后两个点之间的高程差；并以最大高程差对应的点以及桥墩候选点中高程最大的点确定桥墩高度。

26、s34：遍历所述桥墩候选点，分别提取出桥墩顶部代表点以及桥墩底部代表点。

27、s35：根据所述桥墩高度，将所述墩底部代表点以及所述桥墩顶部代表点连接，得到桥墩三角网。

28、作为本发明的优选方案，所述s34包括以下步骤：

29、s341：根据桥墩候选点中高程与判定值的大小关系，分别提取桥墩顶部候选点以及桥墩底部候选点。

30、所述判定值包括顶部判定值或底部判定值。

31、其中，所述高程大于所述顶部判定值的点，提取为桥墩顶部候选点；所述高程小于所述底部判定值的点，提取为桥墩底部候选点。

32、s342：分别计算桥墩顶部候选点以及桥墩底部候选点中所有点的平面坐标平均值作为中心点，根据所述中心点分别将所有点坐标转化为极坐标。

33、s343：根据旋转角度以及预设分区数，分别将所述桥墩顶部候选点以及桥墩底部候选点等分成扇形区域。

34、s344：分别提取每个所述扇形区域的轮廓点，并对桥墩顶部轮廓点进行补充，得到桥墩顶部代表点以及桥墩底部代表点。

35、其中，在任一扇形区域内：若第个点满足，则提取第个点和第个点的平均值作为对应扇形区域的轮廓点；其中，，为扇形区域扫过的角度。

36、作为本发明的优选方案，所述s344中对桥墩顶部轮廓点进行补充通过推算顶部的轮廓实现，推算方法如下：

37、首先分别计算桥墩顶部候选点以及桥墩底部候选点所包围的多边形面积；然后根据两个面积的比值、桥墩底部候选点以及底部中心点得到桥墩顶部代表点。

38、其中，顶部代表点的颜色值与顶部轮廓点相同；坐标值通过以下表达式计算得到：

39、

40、其中，、、为桥墩顶部代表点的坐标值；、为中心点坐标；为桥墩底部候选点到中心点的水平距离；为墩底部候选点中的旋转角；为墩底部候选点的高程；为桥墩高度；为桥墩顶部候选点所包围的多边形面积与桥墩底部候选点所包围的多边形面积的比值。

41、作为本发明的优选方案，所述代表点连接的方法为：将两个待连接面相对应的分区中相对应的点相连，构成四边形，再连接四边形的一条对角线，形成三角网。

42、作为本发明的优选方案，所述s4中所述桥梁整体三维图根据所述粱部三角网以及所述桥墩三角网中各个点的坐标、颜色以及序列构建。

43、一种基于激光雷达点云进行桥梁三维重建的设备，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上任一项所述一种基于激光雷达点云进行桥梁三维重建的方法。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果：

45、本发明通过对梁部和桥墩分别进行分区提取代表点并构建三角网，使得最终三维模型更加完整平滑；同时对激光雷达无法准确测量的桥墩顶部点云进行推算补充，使得整体桥梁点云的结构更加完整；最后输出轻量化的三维模型，降低了模型数据大小。