[发明专利]一种用于地铁检测及测量的3D扫描方法

权利要求书

1.一种用于地铁检测及测量的3D扫描方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

a.扫描获得隧道二维点云数据，并同步采集里程数据；

b.将二维点云数据及里程数据相匹配，以获得隧道的三维点云数据；

c.对隧道进行切片，并对切片进行预处理；

d.进行椭圆拟合；

e.对隧道进行变形分析，并根据三维点云数据建立隧道平铺图；

所述的步骤a包括用以检验里程数据的里程粗差探测算法，所述的粗差探测算法具体如下：

设误差方程为：

式中：V是n维观测值残差向量；A是n×t阶系数矩阵；是t维参数估值向量；L是n维观测向量，可得最小二乘解为：

可求得观测值残差向量V，及其对应的权逆阵为：

Q_V＝P^-1-A(A^TA)^-1A^T

Q_V的对角线元素q_v1,q_v2,...,q_vn是观测值残差v₁,v₂,...,v_n的权倒数，由于观测值独立，有

q_vi＝1-A_i(A^TA)^-1A_i^T

其中，A_i是观测值系数矩阵A的第i行，观测值残差v_i的方差为：

标准化残差为：

当大于给定的限值时即认定观测值L_i存在粗差。

2.如权利要求1所述的一种用于地铁检测及测量的3D扫描方法，其特征在于所述的步骤a还包括里程粗差剔除方法，所述的里程粗差剔除方法具体如下：

a1.根据扫描仪的扫描线数量，将所述的隧道顺序划分为若干环，判断起始里程sDis与终点里程eDis大小，若起始里程sDis>终点里程eDIs,表示从大环推扫至小环；若终点里程eDIs>起始里程sDis,表示从小环推扫至大环；

a2.根据从大环至小环或从小环至大环的顺序，依次读取采集得到的里程信息并匹配每环的起点里程和终点里程；

a3.根据里程数据的起点时间和终点时间，计算扫描总时间，并计算每根扫描线对应的起点时间和终点时间；

a4.对每组数据都进行如下剔除鉴别处理:

除了最后和第一个里程，将不在(0.0,max(sDis,eDis)+10)区间内的里程数据删除；

a41.用第一个里程后续的10个里程数据，使用粗差探测算法，估计第一个里程数值大小，判断第一个里程数据是否正确，若不正确，使用估算数据替换，最后一个数据作相同的数据处理；

a42.除了最后一个里程和第一个里程，逐次对其它里程数据判断，判断依据如下：

若上一个里程数据不为0.0，下一个里程数据也不为0.0，而该里程数据为0.0，则删除该里程数据；

若上一个里程数据为0.0，下一个里程数据也为0.0，而该里程数据不为0.0，则删除该里程数据；

a43.将所有测段数据拼接成为一个整体,从第二个历元到倒数第二个历元进行速度判断：与前一个历元或后一个历元计算速度，若速度在0-3m/s保存该历元，否则删除；

a44.从第二个历元到倒数第二个历元按照从小到大判断，若历元不满足要求，则删除历元数据。

3.如权利要求1所述的一种用于地铁检测及测量的3D扫描方法，其特征在于所述的对隧道进行切片的方法具体如下：根据采集得到的隧道点云数据的区间长度，以及区间内对应的环数，计算每一环的长度，并将每一环均分为若干切片，并使切片的厚度趋近于10cm，计算每个切片的起点和终点，并依此将每个切片的起点和终点及相应的三维点云数据保存至每个切片的文件数据中。