[发明专利]带有孔洞的三维点云的建模方法及地下电缆工井建模方法

说明书

本发明公开了一种三维点云孔洞建模方法和地下电缆工井的三维重建方法，包括：步骤一、导入三维点云，从三维点云中提取顶面点云，并且拟合得到顶面点云边界线，依据三维点云的高度对顶面点云边界线进行纵向拉伸，得到三维点云的整体边界线，通过整体边界线构建以面为单位的模型；步骤二、将三维点云依据模型按几何面分割成面点云，依据面点云拟合得到每个面点云的每个孔洞的孔洞中心；步骤三、将每个面的孔洞中心依次投影至模型的对应的各个面上，以获取孔洞中心在各个面上的投影点，输入对应的孔洞的半径或者拟合的对应的孔洞半径，对每个孔洞中心依次拓扑剪裁得到具有孔洞的模型。本发明具有快速构建模型，及精准构建孔洞的有益效果。

技术领域

本发明涉及地下电缆工井领域。更具体地说，本发明涉及一种基于带有孔洞的三维点云的建模方法，以及涉及一种基于带有孔洞的三维点云的建模方法的地下电缆工井的三维重建方法。

背景技术

城市地下管网设施是发挥城市功能和确保城市快速协调发展的重要基础设施。随着我国加大市政基础设施信息化建设力度，传统的城市地下管网依赖施工设计图以及CAD图纸的二维表达形式已经不能满足设备监控查询的需要，地下管网的三维重建迫在眉睫。现有的地下管网系统的节点-地下工井设施，由于环境复杂，各类管线纵横交错，井内存在积水淤泥等情况，使用人工测量等方法难以获取全部的井内信息并且施工存在一定的危险性。激光雷达技术具有快速性，不接触性，穿透性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等特性。故地下电缆工井依赖于三维激光点云数据的逆向重建成为当今的发展趋势。

地下管线结构复杂信息量大，三维显示、管理与分析具有一定的难度。现有的地下管网三维GIS系统中的建模工具大部分依赖于面向通用目的设计的商业化GIS软件，建模时间长且交互性操作差。Arc/Info等软件提供了物体三维显示，但是对于现实世界的复杂三维关系不能详细描述与分析，并且没有提供面向地下电缆的建模工具。国外学者Burger与Ermes以近景摄影测量(close-range photogrammetry)技术与结构实体法(CSG)重建三维管线模型。他们的研究对于显示地上错综复杂的管线很有效，但是难以重建地下管线。

Hu,Zhen；Ma,zhenqiang为解决现有的城市地下管网3D建模过程中存在的问题，提出一种基于3D图书馆的新算法，与传统算法相比，新算法更加精准但是效率欠佳，三维建模数据来源丰富多样，激光雷达作为一种快速高效高精度的空间数据获取方法，在三维建筑模型领域意义重大。基于点云数据进行曲面建模是一种高精度逆向重建的方法，Edelsbrunner H提出的Wrapping算法是一种基于隐式曲面算法，基于尺度空间和多尺度分析的算法重建效果较好，但是对于大型曲面重建时重建效率较低。对于点云数据采取渐进滤波的方式进行建筑物三维信息的提取，Vosselman,G利用3D Hough变换得到建筑物平面片，从而实现建筑物三维重建的目的，但是缺少对于墙面孔洞模型的计算。在异构建筑三维拓扑重建方面，贺彪等研究提出的自动拓扑重建算法可以有效解决多源异构建筑物三维拓扑重建，在建筑物内拓扑以及外拓扑方面重建效果良好，但是无法处理侧面墙体与地面不垂直的情况。

地下电缆工井的点云数据由于井内电缆错综复杂、存在淤泥、工井墙壁有电缆孔洞等情况，点云并不能完整表达井内情况，单纯使用点云拟合三角网进行逆向重建会导致墙面缺失或无法重建出电缆管孔。