一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及解析投影技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法。 背景技術(shù) [0002] 隧道在交通運輸中扮演著重要的角色。從社會和經(jīng)濟(jì)的角度來看，隧道安全是保證交通運輸?shù)囊粋€關(guān)鍵因素。然而，隧道內(nèi)的各類設(shè)施(機(jī)電設(shè)施、信號設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施以及其他附屬設(shè)施)在惡劣環(huán)境持續(xù)使用的過程中性能會發(fā)生逐步的退化，存在巨大的安全隱患。所以需要對隧道內(nèi)的附屬物進(jìn)行定期的分割和分類，以保證隧道的正常服務(wù)質(zhì)量和對附屬物的部件管理。 [0003] 曲線隧道作為一種廣泛存在的隧道類型，其具有里程長、光照條件差等特點?；谶@些特點，目前使用三維激光掃描技術(shù)來對隧道數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。目前，對于曲線隧道內(nèi)附屬設(shè)施的分割和分類，主要是通過切片的方式將曲線隧道近似為直線隧道進(jìn)行處理。這種方式通過一定數(shù)量的切片進(jìn)行分段處理，會造成曲線隧道附屬設(shè)施分割效率低、結(jié)果不準(zhǔn)確和分割結(jié)果不連貫等問題。因此，如何快速、準(zhǔn)確的對隧道內(nèi)附屬設(shè)施進(jìn)行分割和分類成為現(xiàn)階段曲線隧道點云處理的一項重大挑戰(zhàn)。 [0004] 基于此挑戰(zhàn)，本發(fā)明提出一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法。 發(fā)明內(nèi)容 [0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法，該方法可以快速地將曲線隧道投影變換為直線隧道，并將隧道壁進(jìn)行投影展平，進(jìn)而為后續(xù)地曲線隧道附屬設(shè)施分割和分類做準(zhǔn)備。相較于目前的曲線隧道切片處理方法，這種方法可以有效地提高曲線隧道點云數(shù)據(jù)的分割效率、提升分割結(jié)果的準(zhǔn)確性和保證數(shù)據(jù)的連貫性。 [0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法，包括以下步驟： [0007] 步驟1、對曲線隧道點云進(jìn)行平面線性等距投影處理，生成直線隧道點云； [0008] 步驟2、對步驟1中生成的直線隧道點云的隧道壁進(jìn)行隧道壁半圓柱等距投影展平處理； [0009] 步驟3、對展平以后的隧道壁上的隧道壁附屬物進(jìn)行分割與分類。 [0010] 優(yōu)選的，步驟1的具體過程如下： [0011] S11、利用Alpha?Shapes算法提取曲線隧道邊界點，然后利用線形擬合的方法得出曲線隧道的邊界線參數(shù)； [0012] S12、根據(jù)S11中擬合的邊界線參數(shù)，利用隧道中線點自動提取算法提取若干隧道中線點，對若干隧道中線點利用最小二乘原理按照圓曲線進(jìn)行線性擬合得到隧道中線的線性參數(shù)圓心C1(a,b,0)和半徑R1，根據(jù)隧道中線的線性參數(shù)計算每個隧道點P1(X1,Y1,Z1)對應(yīng)的中線點P2(X2,Y2,Z2)； [0013] S13、根據(jù)每個隧道點對應(yīng)的中線點計算曲線隧道平面線形等距投影的投影參數(shù)O1(d,e)； [0014] S14、對曲線隧道點云的坐標(biāo)進(jìn)行投影變換。 [0015] 優(yōu)選的，步驟2的具體過程如下： [0016] S21、通過直通濾波的方法對將投影之后的直線隧道的隧道壁與隧道地面進(jìn)行分割； [0017] S22、對已經(jīng)分割好的直線隧道的隧道壁以圓曲線的形狀通過線性擬合得到一個標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的形狀參數(shù)底面圓圓心C2(f，g，m)和半徑R2； [0018] S23、利用半圓柱體投影的方法將直線隧道的隧道壁點投影到圓柱體上得到柱面點； [0019] S24、選取等距投影展平的參考點，以Y坐標(biāo)值最大的柱面點為等距投影展平的參考點O2(X0,0,Z0)； [0020] S25、將S23中獲得的柱面點進(jìn)行展平； [0021] S26、對展平后的點云進(jìn)行高程賦值。 [0022] 優(yōu)選的，步驟3的過程如下： [0023] S31、利用CSF濾波將隧道壁襯砌點進(jìn)行濾除； [0024] S32、利用多次線形擬合將隧道壁上的襯砌縫點云進(jìn)行濾除； [0025] S33、利用歐式距離聚類將接觸網(wǎng)桿進(jìn)行分割； [0026] S34、利用連通域算法將接觸網(wǎng)與電力線進(jìn)行分割。 [0027] 優(yōu)選的，S12中根據(jù)隧道中線的線性參數(shù)計算每個隧道點P1(X1,Y1,Z1)對應(yīng)的中線點P2(X2,Y2,Z2)的具體表達(dá)式如下： [0028] [0029] 其中， [0030] [0031] 優(yōu)選的，投影參數(shù)O1(d,e)具體為在中線點集中所選取的Y坐標(biāo)值最大的點。 [0032] 優(yōu)選的，S14的具體過程如下：根據(jù)S13中在中線點集中所選取的Y坐標(biāo)值最大的點O1(d,e)，計算O1(d,e)與P2(X2,Y2,Z2)之間的弧長，并根據(jù)等距投影的原理將中線點P2(X2,Y2,Z2)投影到Y(jié)軸上，利用每個隧道點P1與對應(yīng)的中線點P2之間的位置關(guān)系完成投影變換得到直線隧道壁點P4(X3,Y3,Z3)，計算表達(dá)式如下： [0033]

1.一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、對曲線隧道點云進(jìn)行平面線性等距投影處理，生成直線隧道點云； 步驟2、對步驟1中生成的直線隧道點云的隧道壁進(jìn)行隧道壁半圓柱等距投影展平處理； 步驟3、對展平以后的隧道壁上的隧道壁附屬物進(jìn)行分割與分類； 步驟1的具體過程如下： S11、利用Alpha?Shapes算法提取曲線隧道邊界點，然后利用線形擬合的方法得出曲線隧道的邊界線參數(shù)； S12、根據(jù)S11中擬合的邊界線參數(shù)，利用隧道中線點自動提取算法提取若干隧道中線點，對若干隧道中線點利用最小二乘原理按照圓曲線進(jìn)行線性擬合得到隧道中線的線性參數(shù)圓心C1(a,b,0)和半徑R1，根據(jù)隧道中線的線性參數(shù)計算每個隧道點P1(X1,Y1,Z1)對應(yīng)的中線點P2(X2,Y2,?Z2)； S13、根據(jù)每個隧道點對應(yīng)的中線點計算曲線隧道平面線形等距投影的投影參數(shù)O1(d,e)； S14、對曲線隧道點云的坐標(biāo)進(jìn)行投影變換； 步驟2的具體過程如下： S21、通過直通濾波的方法對將投影之后的直線隧道的隧道壁與隧道地面進(jìn)行分割； S22、對已經(jīng)分割好的直線隧道的隧道壁以圓曲線的形狀通過線性擬合得到一個標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的形狀參數(shù)底面圓圓心C2（f，g，m）和半徑R2； S23、利用半圓柱體投影的方法將直線隧道的隧道壁點投影到圓柱體上得到柱面點； S24、選取等距投影展平的參考點，以Y坐標(biāo)值最大的柱面點為等距投影展平的參考點O2（X0,0,Z）0 ； S25、將S23中獲得的柱面點進(jìn)行展平； S26、對展平后的點云進(jìn)行高程賦值。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法，其特征在于，步驟3的過程如下： S31、利用CSF濾波將隧道壁襯砌點進(jìn)行濾除； S32、利用多次線形擬合將隧道壁上的襯砌縫點云進(jìn)行濾除； S33、利用歐式距離聚類將接觸網(wǎng)桿進(jìn)行分割； S34、利用連通域算法將接觸網(wǎng)與電力線進(jìn)行分割。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：S12中根據(jù)隧道中線的線性參數(shù)計算每個隧道點P1(X1,Y1,Z1)對應(yīng)的中線點P2(X2,Y2,?Z2)的具體表達(dá)式如下： ； 其中， 。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于解析投影變換的曲線隧道點云快速轉(zhuǎn)換方法，其特征在于：投影參數(shù)O1(d,e)具體為在中線點集中所選取的Y坐標(biāo)值最大的點。