点云数据配准算法的研究

点云配准是点云数据处理的关键,直接影响最后合成结果和模型精度。目前,点云配准方法普遍存在对配准数据初始位姿要求高的缺点。将点云配准分为两个阶段：第一阶段是基于同名点配准,即粗配准,采用人机交互式,配准过程耗时短,节约时间;第二阶段是精配准,在粗配准后,依据最小二乘原理,用间接平差思想,通过最近点迭代算法对点云数据快速配准,并采用目标点集中、目标点坐标与转入目标点集中的点坐标中误差为指标,评价配准精度。进行粗配准的精配准不仅速度快、耗时短,并且可以避免因局部收敛而带来的局部最小问题。试验表明该方法有效可行。     

基于一面两孔特征的点云配准方法

为了提高零件在扫描检测过程中点云与设计模型的配准精度,提出了一种基于一面两孔特征的点云配准方法.该方法粗配准以零件的平面/圆柱孔特征为对象,使设计模型和点云的局部坐标系重合,并通过改进ICP算法求解点云与设计模型最近点的距离最小平方和实现精配准.由于配准区域和最近点的计算方法不同,精配准进一步分为全域和特征域配准两种类型.全域精配准以距点云最近的设计模型三角网格点或投影点为最近点,适合于毛坯件;特征域精配准则通过求解点云在平面/圆柱孔特征上的投影点为最近点,适合于成品件.试验及计算结果表明:全域配准的配准精度随表面离散点距离的减小而提高, 当离散点距离达到1.50 mm时,其配准精度已经达到0.15 mm,基本满足工程应用要求.当配准精度相同时,配准效率较其它方法提高10%~20%.      

基于Harris特征与NDT-ICP算法的钢箱拱预制件尺寸智检方法

针对桥梁建造时传统人工尺寸检测在面对海量桥梁预制件时效率低、成本高的难题,使采用地面激光扫描(TLS)技术的智能尺寸检测突破现有数据处理算法的精度与效率瓶颈,建立了基于建筑信息模型(BIM)-TLS的桥梁钢预制件尺寸智检框架,包含构件几何尺寸检测与数字预拼装2个环节;二次开发了BIM点云化处理技术,构建了参照点云模型,采用直通滤波、统计去噪(SOR)滤波、体素化网格(VG)处理等算法预处理点云数据,实现了基于k近邻(kNN)算法的尺寸检测指标评价;通过3D-Harris特征点检测、正态分布变换(NDT)粗配准与迭代最近点(ICP)精配准提出了基于Harris特征与NDT-ICP算法的快速配准尺寸智检策略,并结合工程需求应用于某大跨拱梁组合结构钢箱拱预制件尺寸智检中。研究结果表明：采用提出的智检方法对2个相邻节段钢箱拱进行尺寸检测的最大偏差分别为1.689和1.571 mm,均满足制造偏差(小于2 mm)要求;与传统NDT-ICP算法相比,该方法将点云整体配准精度提高了35.3%,效率提高了61.88%,可见该方法表现高效且结果准确,促进了钢预制件几何尺寸检测智能化;基于该方法的拱肋数字...     

基于三维模型重构技术的公路预制构件尺寸检验评价方法

为使公路工程异形混凝土预制构件的制造尺寸检验评价适应工业化建造要求，应用三维模型重构技术检验评价了异形混凝土预制构件尺寸，提出了高精度、自动化异形混凝土预制构件尺寸检验评价方法，包括三维模型重构、点云数据处理和检验评价体系3个环节；总结了基于三维摄影的点云模型重构技术的原理和关键环节，研究了基于坐标转换和包围盒的无关点云自动剔除算法，并通过2个实例验证了该算法的效果；研究了点云整体配准和3类局部配准方法，针对不同形状的构件和不同位置的细部构造，结合工程需求进行对照；考虑工程需求并与配准方法对应，提出了基于彩色误差云图和数理统计方法进行构件尺寸检验评价的3种判异原则，包括误差均值和标准差判异原则、误差极值判异原则、综合判异原则；综合分析彩色误差云图和误差分布，利用判异原则对箱型涵洞侧墙和管型涵洞侧墙实例的尺寸进行了检验评价。研究结果表明:3种判异原则分别适合对预制构件进行整体宏观、局部单项和先整体后局部的检验评价；采用三维模型重构技术建立的异形混凝土预制构件点云模型，与实际构件相比其长度和宽度的误差均值约为1.5 mm，三维模型重构技术可以替代人工测量；能够自动化剔除无关点云，并执行更为严格且符合工程需求的构件尺寸检验评价。      

基于点特征和边缘特征的无人机影像配准方法

为解决变形较大的无人机影像配准问题,提出了点特征和边缘特征相结合的配准方法.用尺度不变特征变换(SIFT)算法提取点特征,完成影像的初步配准,并通过多项式函数对影像进行粗校正.在此基础上提取影像的边缘特征信息,根据距离相似性对边缘特征信息进行配准;依据色彩能量差筛选点特征信息配准结果和边缘特征信息配准结果,采用小面元微分校正的方法对变形影像进行校正.实验结果表明:提出的配准方法能够弥补点特征配准方法和边缘特征配准方法的不足,其配准的鲁棒性提高10%左右,可以较好地完成变形较大的无人机影像配准.      

基于贝叶斯决策的航空影像自动配准

为消除像点投影差对航空影像目标监测中影像配准的影响,提出了一种基于贝叶斯决策理论的像点投影差消除方法.该方法通过推导分析像点投影差的分布规律及其对影像配准的影响,设置训练样本区,提取大量特征匹配对,计算得到投影差分布参数,并基于贝叶斯决策理论构建了像点投影差消除准则.为验证其有效性,选用KIT AIS影像数据进行了实验,比较分析了投影差消除前后的配准影像结果.分析结果显示,消除后差分视觉效果得到改善,信息熵减小10%,表明本文方法可有效提高航空影像配准的精度.      

基于轨迹数据的过饱和信号路口排队长度分析

针对交通过饱和情况，利用网联车轨迹数据提供的车辆到达和停车位置等信息，提出一种基于交通冲击波的周期初始队列长度和最大排队长度的估计方法。基于网联车车辆轨迹确定车辆到达时刻、排队时刻、启动时刻及驶离时刻4个临界点的时空数据，并根据时空信息建立到达率估计模型，运用冲击波理论对每个周期初始队列长度及最大排队长度进行估计，应用微观交通仿真软件SUMO对模型进行仿真验证。实验结果表明：在网联车渗透率不低于20%的情况下，当v/c=1.0(v为实际交通流量，c为道路通行能力)时，初始队列长度MAE值小于6.5 m,MAPE值小于10%，最大排队长度的MAE值小于16.0 m,MAPE值小于11%，说明基于车辆轨迹的交叉口排队长度估计模型能够较为有效地估计过饱和交叉口的最大排队长度和初始队列长度。     

基于地面三维激光扫描的高速公路沉陷量自动提取与分析研究

高速公路运维过程中,路面沉陷是影响行车安全的关键,传统多采用水准测量等技术方法,存在工作量大、周期长、易受外界条件影响等缺点。提出一种通过地面三维激光扫描点云自动判别路面沉陷的算法和分析方法,该方法先采用基于几何特征与迭代最邻近点算法相结合的方法进行点云配准,配准数据经过点云分类识别后,基于滑动窗口法提取道路特征线,建立高速公路的路面模型,并通过分析该模型得到沉陷区域、位置和沉陷深度等指标。为验证算法的可靠性与准确性,以一段运营维护阶段的高速公路为研究对象进行分析实验。通过算法处理与实测路面模型分析,发现距离高速公路实验段起点45 m处存在深度达40 cm的沉陷区。分析结果表明,采用提出的对激光点云数据处理算法和路面模型分析方法,可以高效、准确分析高速公路路面的沉陷情况。该方法的成功应用,对三维激光扫描技术的在交通领域的深度应用和有效推广有重要意义。     

级配曲线走向与沥青混凝空隙率关系的研究

基于11组不同走向矿料级配的沥青混合料试验数据,对沥青混合料空隙率随级配曲线走向改变的变化规律进行了研究,分析了沥青混合料空隙率对级配变化的敏感程度．随着细集料由偏细的上限级配变化到偏粗的下限级配,沥青混合料空隙率逐渐变大;粗集料采用中间级配时空隙率最小,采用上限级配时空隙率最大．秩和检验表明：粗、细集料及4．75mm通过率的变化均对沥青混合料空隙率产生影响．其中,细集料级配的变化是导致沥青混合料空隙率变化的最显著因素．关键词：级配曲线走向;沥青混合料;空隙率;秩和检验     

基于点特征的图像数据配准方法研究

数据配准是数据融合过程中最重要的一个环节,通过感兴趣点检测算子提取点特征,利用点特征中的控制点或特殊点来定义松弛算法中的基本点对,并对松弛算法中点特征的匹配度进行改进,从而完成基于点特征的图像配准过程.实验表明,在仅存点特征位置偏移和存在比例、旋转与平移变化2种情况下的点特征匹配中,文中所提出的匹配算法有很高的匹配正确率.     

金溪大桥溶洞桩基础施工

佛山市和顺棠溪至料美公路主干线金溪大桥全长1125m,位于佛山市南海境内,桥位地层岩性极其复杂,溶洞、土洞发育,覆盖层分别为填筑土、淤泥质亚粘土、粉砂、细砂、粗砂、砾砂、粘土等。文中主要介绍岩溶区桩基的施工过程。     

高速道岔尖轨点云的复合拼接及数据处理优化

为实现高速铁路尖轨磨耗的高效检测,结合高速尖轨的检测需求及其几何特征,提出了基于距离编码器的复合拼接方法.该方法将距离信息融合到点云拼接中,提高了检测系统的自动化程度.在计算点特征直方图（point feature histograms,PFH）的过程中,引入OpenCL（open computing language）异构加速模型调整点云的数据结构,发挥GPU的并行处理优势获得了更快的数据处理速度.利用实际尖轨开展磨耗检测实验,证明了针对高速尖轨的结构光检测系统有效可行.经过点云拼接和点云扫描数据处理的优化,系统的整体检测效率获得了70%左右的提升.      

复杂岩溶地区桩基施工技术

通灌铁路大雅河3号特大桥桩基施工区域地质条件相当复杂,地层上部为冲洪积粗（细）圆砾土充填细砂及粘土,下部岩石节理裂隙强烈发育,溶洞和溶蚀较多且较大。在桩基施工过程中经常出现卡钻、掉钻、串孔、护壁泥浆流失,造成护壁坍塌或孔口塌陷等现象。针对出现的不同情况采用提前注浆处理、回填材料填充、护筒跟进和水下灌注混凝土等不同的施工...     

基于MATLAB与Word链接的船舶结构计算自动化的研究

船舶结构计算是船舶设计的一个重要环节,计算涉及内容广泛,计算量大,数据复杂。MATLAB软件具有卓越的数值计算能力,非常适合复杂的科学计算,Word在文档编辑处理方面功能是特别强大,如果能够将MATLAB的计算功能和WORD的强大文字编辑功能结合起来,实现船舶结构计算自动化,自动生成结构计算报告,势必可以大大提高工作效率、降低工作难度,本文在这方面作了研究。     

基于在线有向无环图的船舶轨迹压缩算法

为了解决船舶轨迹数据的压缩问题, 提出了一种船舶轨迹在线压缩算法; 使用多次滑动推算船位判断方法清洗船舶轨迹, 使用在线有向无环图在干净轨迹上建立压缩路径树并输出采样点; 为了提高轨迹队列和路径树在内存中的查询速度, 使用哈希表对其进行管理; 为了验证提出算法的效果, 比较了真实船舶自动识别系统数据与方向保留算法、道格拉斯-普克算法的压缩时间和误差, 采用可视化方法分析了原始轨迹、清洗轨迹和压缩轨迹。试验结果表明: 在压缩时间方面, 方向保留算法和道格拉斯-普克算法的压缩时间分别约为提出算法的1.1、1.3倍, 说明提出的算法比其他2种算法的处理时间更短; 提出的算法在压缩过程中保留了时间信息, 平均同步欧氏距离误差在任何压缩率下都能保持在10 m以下, 最大同步欧氏距离误差在压缩率为1%时仅有127 m, 而其他2种算法的平均同步欧氏距离误差和最大同步欧氏距离误差不受控制, 会随机变化; 在垂直距离误差方面, 提出的算法与道格拉斯-普克算法在压缩率不小于5%的条件下, 都能保证垂直距离误差小于20 m, 而方向保留算法的垂直距离误差会随机变化; 在显示效果方面, 提出的算法能有效清除轨迹噪声点, 压缩轨迹能够较好地代表原始轨迹的宏观交通流情况。可见, 提出的算法能更高效地保留原始轨迹的形状和时间信息。      

高应力下干砂与饱和砂单剪特性比较

在自行改造、加工的高应力单剪仪试验系统上,对饱和粗砂、干粗砂、饱和细砂、干细砂与钢材、混凝土界面的剪切特性进行了正交试验研究．经过对试验数据的回归分析发现,高应力单剪条件下的剪应力．剪切位移关系曲线段与双曲线模型较一致．干砂界面的初始剪切刚度和界面抗剪强度均大于同基底下饱和砂界面的值．通过对试验数据的方差分析知,相对于土性和基底材料两影响因素,砂的干湿状态对剪切特性的影响比较显著．     

沥青路面表面纹理三维高精度激光非接触式检测

为实现沥青路面纹理构造高精度自动检测，借助三维激光技术实现路面纹理三维重构，提出模拟铺砂的沥青路面构造深度测量方法. 首先采用高精度三维激光扫描仪获取雅康高速公路沥青路面0.1 mm精度三维高程数据，同时人工铺砂法获取对应区域的宏观构造深度值；其次通过数字图像处理技术实现重构沥青路面三维云图并进行数据噪声处理；最后设计四连通多种子组合填充算法，实现在滤波后的三维路面纹理云图上自动铺砂并获取路面纹理宏观构造深度值. 研究结果表明:模拟铺砂测量方法与人工铺砂法测量的平均构造深度（MTD，M)的平均绝对误差为0.052 mm，两者相关系数为0.96. 研究成果验证了用非接触式路面纹理测试替代现有的接触式路面摩擦性能测试的可行性，为道路交通安全网级监测与管理奠定基础.