[发明专利]一种基于基线的建筑物变化检测方法

摘要

本发明公开了一种基于基线的建筑物变化检测方法，其主要步骤如下：点云数据采集；结构坐标系建立；坐标转换；数据分割，数据去噪；特征点选取；虚拟点提取；基线建立；基线投影；变化检测获取变形信息。与现有技术相比，本发明自动化程度高，整个变化检测过程无需配准，解决了传统变化检测方法配准误差对结果的影响，这是传统基于影像的变化检测方法以及以往基于LiDAR的变化检测方法所不能达到的。

主权项

1.一种基于基线的建筑物变化检测方法，其特征在于：包括以下步骤：1)采用激光扫描仪系统对同一建筑物进行两期扫描，获取建筑物表面点云数据；观测值为建筑物表面点的三维坐标和激光反射强度；2)根据扫描场景内稳定区域选取稳定墙面点云数据，利用主成分分析方法对其进行降维分析，确定结构坐标系的坐标轴指向；将测站坐标系原点投影至稳定墙面，计算平移向量；从而建立特殊的结构坐标系；3)根据步骤2)获得的结构坐标系参数，计算原测站坐标系与结构坐标系之间的转换参数，将扫描的点云数据转化至结构坐标系；4)将步骤3)获得的点云数据进行分割和去噪；5)在扫描场景内选取具有代表意义的特征点；6)分别提取虚拟点坐标来表示特征点，步骤6)所述虚拟点坐标的提取过程如下：a)根据获取点云数据的强度信息，采用K均值聚类算法对变化墙面的点云进行分类，分离得到砖块点云和砂浆点云；b)利用步骤a)得到的砂浆点云，将点云坐标投影至Z方向和Y方向，定义固定窗口长度Lfix和移动窗口长度Lmove，通过移动窗口，分别计算沿Z方向和Y方向点云线密度变化；c)根据步骤b)得到的线密度变化，分别求取各砖块间横向和纵向分割线，计算每个砖块四个角点坐标，建立砖块模型；d)根据步骤c)得到的砖块模型获取各砖块点云，计算各砖块中心；e)根据步骤d)得到的两期相应的砖块中心三维坐标；步骤2)所提利用砂浆点云，基于窗口移动法计算点云线密度变化，其具体方法如下：设砂浆的平均宽度为Lmortar，该值为已知量，定义固定窗口长度Lfix和移动窗口长度Lmove，三者满足如下关系：Lmortar≈Lfix+2Lmove；分别计算沿Z方向和Y方向移动窗口数目：其中，[]为取整符号；ymax和ymin分别表示Y坐标的最大值和最小值；zmax和zmin分别表示Z坐标的最大值和最小值；分别计算沿Z方向和Y方向各个窗口内的点数目：nzi(i＝1,2,L,ny),nyi(i＝1,2,L,nz)；分别计算沿Z方向和Y方向的点的线密度：Density_z＝(nz(i‑1)+nzi+nz(i+1))/(3Lfix)(i＝2,3,L,(nz‑1))；Density_y＝(ny(i‑1)+nyi+ny(i+1))/(3Lfix)(i＝2,3,L,(ny‑1))；对于Z方向和Y方向各个窗口，计算其线密度变化率：Grad(i,1)＝Density_y(i)‑Density_y(i‑1)Grad(i,2)＝Density_y(i+1)‑Density_y(i)所述利用线密度变化，计算各砖块间横向和纵向分割线，其具体方法及说明如下：对于分析的Z方向或Y方向，点云线密度在垂直于该方向的砂浆接缝处明显高于其他地方，因此，选定该方向上窗口平均密度作为阈值，其中，ε_y和ε_z分别表示Y和Z方向上的阈值，则n_total为点云总数目，当窗口内点云密度大于阈值，且满足Grad(i,1)>0和Grad(i,2)<0时，此时所处固定窗口即为某砂浆接缝的范围；通过砂浆接缝范围内的点云计算砂浆接缝中心线；通过砖块四周接缝中心线计算砖块模型四个角点坐标，建立砖块模型；7)利用步骤6)选取的特征点，通过连接不同特征点构成基线；8)根据步骤7)建立的基线，将基线向量投影至结构坐标系；9)根据步骤8)获得的两期相对应基线在结构坐标系上的投影分量进行变化检测。