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LiDAR点云的船载砂石体积自动测算系统

针对现有船舶运输砂石体积计算主要依赖人工方式称重和纸质运单流转、精度不高且效率很低的难题,采用基于八叉树的点云精简和聚类分析进行复杂环境下船舶点云的自动识别和提取;采用基于改进SK-4PCS(semantic-keypoint-based 4-points congruent sets)的粗配准和基于Point-to-Plane ICP (iterative closest point)的精配准进行空载和满载两期点云由粗到精的高效配准,设计实现了一种利用LiDAR (light detection and ranging)点云数据进行船载砂石自动测算的系统.采集了江西南昌赣江运砂船数据进行实验验证,从扫描到出结果一艘船的砂石体积自动测算时间少于2 min,同船多次测算结果最大相对误差小于1.00%,砂石体积与实际真值相比的最大误差小于2.00%,满足实际业务需求.     

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。     

激光点云用于预制构件尺寸检测的方法研究

针对预制构件尺寸批量检测的技术难题,提出一种基于三维激光点云的检测方法,运用点云关键角点提取与断面剖分思路,首先在点云预处理的基础上通过面域分割获取构件各外露面的完整面域;其次利用切片剖分获取断面点并提取关键角点坐标,再计算构件尺寸及几何线形;最后实现构件逆向三维建模以反映构件实际空间形态。将该方法应用于预应力混凝土预制组合箱梁的尺寸检测中,结果表明该方法所得尺寸点云计算值与人工测量值误差在1%以内,具有较好的测量精度。该方法能实现构件尺寸多断面检测,相较于人工测量方法更完善,可完成预制构件尺寸的批量检测以及后续的逆向三维建模。研究成果对提高桥梁构件的智能化检测水平具有重要的理论意义和实用价值。     

基于深度图像和彩色图像相结合的高速铁路桥梁裂缝宽度检测识别算法研究

针对高速铁路中桥梁比重大,地质灾害发生后难以及时对桥梁损伤进行检测评估的困难,提出了利用深度图像和彩色图像相结合的桥梁裂缝损伤宽度非接触式检测识别算法。首先,研究了裂缝的彩色图像预处理算法,通过灰度化、图像增强、轮廓提取获得了裂缝在彩色图像中的轮廓;其次研究了不同视场相机的配准问题,搭建了实验室检测环境,提出了联合Harris角点检测和Hough变换的彩色图像和深度图像配准算法,完成了将二维彩色图像点向三维空间坐标的转换,实现了高速铁路桥梁裂缝宽度检测识别。现场测试表明,深度图像和彩色图像结合能够实现高速铁路桥梁裂缝宽度检测识别,识别相对误差在10%以内。     

基于激光点云的桥梁变形分析方法研究

目的、反映桥梁运营后在横桥向和顺桥向的不均匀沉降、梁体以及墩身表面形态变化以及应用,依据最近点的距离值确定变形阈值可以提取表面变形量。方法、根据激光点云配准算法,对桥梁曲面拟合变形进行分析,主要研究了桥梁平面以及二次曲面拟合,通过试验的方法对该分析进行了验证,通过对现有桥梁的ICP配准算法的桥梁变形提取,确定了ICP配准精度指标,分析了变形量距离阈值判定.得出了该方法可以反映桥梁运营后在横桥向和顺桥向的不均匀沉降、梁体以及墩身表面形态变化以及应用ICP配准算法对桥梁两期数据进行配准,依据最近点的距离值确定变形阈值可以提取表面变形量。结果、桥梁经过震动发生了沉降以及变形。结论次方法可以用于相同销量变性分析的监测     

基于激光雷达的锥桶检测算法

针对激光雷达手动提取特征进行锥桶检测难以解决实时性、准确率兼顾的问题,设计了一种多线激光雷达的锥桶检测算法.在点云预处理部分使用直通滤波减少点云数量,地面分割部分使用优化后的随机采样一致性(random sample consensus,RANSAC)算法进行地面分割,最后对欧式距离聚类结果进行后处理.试验结果表明:与...     

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。     

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.     

基于车载LiDAR点云的高速立交桥中线提取方法研究

车载激光扫描(light detection and ranging, LiDAR)技术因其可快速高效获取道路及两侧的地理信息,在智慧道路中有很大的应用前景,其所采集的LiDAR点云,实现了“所见即所得”,但其数据量大和噪点多等特点导致道路中线提取相关方法还不够成熟。提出了一种面向高速立交桥中线提取的点云数据处理方法：采用多重滤波算法(梯度滤波、高斯滤波和双边滤波)过滤非路面点云,应用Alpha shapes算法识别道路边界,最终,引入B样条曲线拟合算法拟合道路中线。通过实例高速立交桥车载LiDAR数据验证了所提出方法的有效性和可行性。相关研究成果可服务于智慧道路改扩建和维养等领域。     

BIM技术在高速公路设计中的应用探讨

为了研究在高速公路工程设计周期中的BIM 正向设计,对BIM技术的应用点进行了探索。在曲港高速公路项目设计过程中应用BIM技术进行了道路选线和方案比选方面的探索,在延崇高速公路项目设计过程中对冰雪五环钢桥的建模及复杂结构尺寸的表达进行了研究,对常规结构及通用构件进行了参数化建模。结果表明:BIM技术在道路设计过程中,能够较大的提高选线效率并优化道路线形,对于特殊结构的桥梁方案能够更好的表现设计中的复杂曲面和尺寸,建立参数化构件库后极大提高了建模效率。     

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.      

基于点云的预制节段梁成品检测及虚拟预拼装技术研究及应用

交通强国目标促进着桥梁建造技术的发展,预制节段梁作为新型桥梁建造技术日趋成熟。在采用短线法进行节段梁预制、安装的过程中小误差易被累计放大,影响成桥线型。对此,以黄茅海跨海通道混凝土节段梁为研究对象,采用“理论+实例”的思路,系统地研究了基于点云的预制节段梁成品检测及虚拟预拼装的成套解决方案,即通过三维激光扫描仪快速获取节段梁的外形轮廓尺寸,研究随机抽样一致算法（RANSAC）对各切片进行自动化边界拟合及角点位置提取实现成品检测;采用普氏分析法（PA）和迭代最近点法（ICP）相结合的方法进行虚拟预拼装技术研究。结果表明：通过点云技术可实现节段梁成品外观尺寸的检测,准确高效;虚拟预拼装技术可有效控制节段梁相邻节段的匹配误差,保证成桥线型提高预制节段梁的质量。     

初始几何缺陷对钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

考虑拱肋初始挠度缺陷的影响,采用钢管混凝土组合材料的本构关系,建立钢管混凝土肋拱计算模型.利用混合法对一具体桥例进行了材料与几何双重非线性受力分析.通过不同形式和不同大小的初始几何缺陷下的极限承载力分析,说明初始几何缺陷超出规定的数值范围后对极限承载力影响显著,桥梁施工中应严格控制各种位移偏差.     

钢管拱肋分段吊装扣索一次张拉索力改进算法

为改善大跨钢管拱肋分段吊装扣索索力常用算法迭代效率低、计算时耗长, 且忽略了温变影响等不足, 建立了可考虑温变影响和提高计算效率的改进算法; 基于材料力学和几何学相关知识, 推导了吊装过程中拱肋位移变化与温变的理论关系, 并在计入温变引起索长和拱肋位移改变的情况下, 推导出扣索索力变化与温变的理论关系; 基于扣索一次张拉法和ANSYS零阶优化法, 开发了考虑温变影响且在迭代子步中对程序自动搜索实施宏观调控的扣索索力计算程序; 运用改进算法对某主跨300 m钢管混凝土拱桥开展了分段吊装施工控制分析。分析结果表明: 推导的理论公式和有限元分析结果的变化规律一致, 拱肋位移变化的最大相对误差为11%, 索力变化的最大相对误差为18%, 均能满足工程精度要求; 与原算法相比, 采用改进算法的迭代次数由26次缩减到17次, 迭代效率提高了35%, 计算索力与实测索力的最大偏差由276 kN减小到100 kN; 拱肋松索成拱位移理论值与实测值的最大偏差为7 mm, 成拱线形正常; 建立的改进算法可实现扣索一次张拉, 提高迭代效率和计算精度, 运用改进算法控制大跨钢管拱肋吊装施工可使拱肋松索成拱线形满足设计要求。      

基于多源异构信息融合的智能汽车目标检测算法

针对智能汽车单一传感器环境感知的局限性,提出一种基于GPS、双目深度相机、16线激光雷达等多源信息融合的环境感知算法,解决单一传感器环境感知的局限性问题.算法在GPS时间同步基础上,将单一传感器标定后的数据作为改进联合标定算法输入,求解多源传感器最优空间变换矩阵.使用SVM分割点云及欧式聚类提取点云信息的几何特征,获取障碍物的位置信息;利用空间变换矩阵将障碍物点云信息变换到图像坐标系,并将3D点云映射为2D点云信息;融合基于深度学习算法求解的图像中障碍物位置信息与类别信息,实现目标检测.经KITT1数据集及实车测试验证,该算法准确率在78.13％～85.56％之间,每帧数据检测平均耗时0.16～0.19 s,在光照变化、目标遮挡环境下均能有效的进行目标检测,具有较好的工程应用前景.     

面向多目标跟踪的密集行人群轨迹提取和运动语义感知

针对基于视频监控的密集行人群识别难度大，运动轨迹提取困难，运动语义信息挖掘不足 等问题，本文提出基于多目标跟踪FairMOT框架及K-means聚类的行人轨迹捕获和运动语义信 息感知方法。首先，利用多目标跟踪算法提取视频中行人群目标过街时的运动轨迹特征向量；然 后，通过分析轨迹坐标的数值分布特点，设计了一种协方差滤波算法STCCF，以检测和剔除“准静 态轨迹”，得到行人群目标运动轨迹簇；最后，针对已提取的轨迹簇，应用K-means聚类方法，选取 S系数(Silhouette Coefficient)和DB指数(Davies Bouldin Index)两个指标，感知行人聚集和消散点 等场景语义特征。实验分析表明，算法从提取到的2689条轨迹中辨识出179条“准静态轨迹”，检 出率为81.73%；视频场景中的行人目标源点和消失点的解析结果与人工辨识结果吻合，验证了密 集行人群轨迹提取和运动语义信息感知方法的有效性。本文研究可为数据驱动的行为预测和轨 迹建模提供基础。     

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.      

一种有效去除图像中脉冲噪声的滤波算法

为了抑制脉冲噪声,根据脉冲噪声点和边缘像素点的特征,提出了一种新的基于脉冲噪声点检测的滤波算法.实验结果表明,与传统中值滤波相比,这种新算法很好地保留了图像的细节,尤其在噪声密度较低时,滤波性能更加优越.     

基于BIM的桥梁健康监测系统研究

桥梁健康监测系统是保障桥梁安全运营的重要技术手段,已在国内外众多桥梁工程中得到应用。然而,传统桥梁健康监测系统存在海量数据可读性差、突发事件下难以评估等缺点。文章借助BIM(Building Information Modeling)技术,提出新型"BIM+健康监测"模式下桥梁健康监测系统架构,开发了基于BIM的桥梁健康监测系统,实现了桥梁安全运营的多用户协同管理以及监测与养护一体化运维管理。