[发明专利]面向露头岩层分层的空间案例推理方法

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1.面向露头岩层分层的空间案例推理方法，其特征在于：包括如下步骤：

S100、基于倾斜摄影测量数据构建露头岩层三维点云模型；

S200、露头岩层三维点云模型体元分割；

S300、构建岩层案例空间特征与属性特征集成表达模型；

S400、确定岩层案例空间特征与属性特征权重，构建岩层案例空间相似性与属性相似性集成推理模型进行推理；

所述露头岩层三维点云模型的构建包括如下步骤：

S101、构建倾斜摄影测量数据库，倾斜摄影测量数据包括：影像数据的R、G、B各自的平均值，和WGS84经纬度坐标值与高程值，将经纬度坐标值转换为平面坐标值，高程值不变；

S102、从倾斜摄影测量数据库提取高重叠率影像数据，将其导入Smart3D软件中；

S103、经过空三加密运算，构建高密度的三维点云模型；

S104、在三维点云模型选取无关地物区域进行裁剪剔除，生成露头岩层三维点云模型；

所述露头岩层三维点云模型体元分割采用八叉树点云分割算法，采用八叉树点云分割算法进行体元分割的过程为：首先，确定露头岩层三维点云模型的最小边界立方体，以此作为根节点或零级节点；根节点被递归细分为八个子体元，直到达到终止标准；

所述岩层案例空间特征与属性特征集成表达模型的构建包括如下步骤：

S301、基于倾斜摄影测量数据获取体元所包含点云数据的R、G、B各自的平均值，和露头剖面在体元所在区域的表面粗糙度作为属性特征；

S302、获取空间场景特征和空间度量关系特征作为空间特征；

所述露头剖面在体元所在区域的表面粗糙度采用总体最小二乘法，采用总体最小二乘法求取表面粗糙度包括如下步骤：

S3011、在每个体元内，首先利用总体最小二乘法建立局部参考平面；

S3012、计算体元中的每个点到参考平面的正交距离；

S3013、利用公式(1)估计体元内每个点到参考平面距离的标准差；

其中n表示体元内点的个数，d_i表示体元中第i个点到拟合平面的距离，为距离均值，θ为该体元的粗糙度值；

所述空间场景特征采用PFH表示，PFH计算过程包括如下步骤：

S3021、对点云数据中每一点，求取其所在位置切平面的法向量；

S3022、给定阈值k，以体元为单元，判断每个体元所包含点云数据点的个数是否小于k，如果小于k，则以每个体元中心点p_q为中心，查询与其距离最近的k个点，并将这些点归为集合C；如果每个体元所包含的点云数据点个数大于或等于k，则集合C为体元内所有数据点；

S3023、对于集合C中的任两点p_i与p_j，选取二者中一点作为源点p_s，另一点作为目标点p_t，用公式(2)表示，利用源点法线及二者连线建立一个固定的局部坐标系：

式中，p_s表示坐标系原点，p_t表示目标点，与分别表示p_i与p_j处的法向量，与分别表示源点与目标点处的法向量；

在选择源点与目标点时，源点法向量与两点连线的夹角最小，用公式(3)表示为：

式中，表示源点位置切平面法向量，表示目标点处切平面的法向量，表示从源点指向目标点的向量，表示从目标点指向源点的法向量；

坐标系的三个分量(u，v，w)用公式(4)表示为：

式中，u等同于源点位置切平面法向量；v的计算方式为坐标轴u的单位向量与从源点指向目标点的单位向量的外积；w的计算方式为坐标轴u的单位向量与坐标轴v的单位向量的外积；

S3024、平移上述uvw坐标系至目标点，两点的空间坐标系及两点的关系以用一组角度相关的值来表示，利用公式(5)表示如下：

式中，α表示目标点法向量与坐标轴v之间的夹角，表示源点法向量与源点和目标点连线的夹角，θ表示目标点法向量在坐标轴平面wp_tu上的投影与坐标轴u之间的夹角，d表示源点到目标点之间的距离，其中，α、θ由公式(6)求出：

其中表示坐标轴w的单位向量与目标点处切平面法向量的内积，表示坐标轴u的单位向量与目标点处切平面法向量的内积，由此，集合C中任意两点的空间关系由四元组f₁，f₂，f₃，f₄表示；

S3025、对于每一个体元，其所对应的集合C中的点云数据点两两连线，则求得个f₁，f₂，f₃，f₄四元组，把该集合所求得的所有四元组放入四维空间中，并将四元组的4个特征值按其各自的取值范围分别等分为b个子区间，则此四维空间分为b⁴个子空间，统计个四元组落在每个子空间内的数量所占百分数，由此得到一个含有b⁴个参数的统计值，该值即为该体元的空间场景特征值。