CN110648280A - 一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，属于数据处理技术领域；其通依次进行划分溶洞独立单元、布设测量控制网、测量控制网导线、控制网解算、布设标靶、现场扫描、各个独立单元内点云拼接、点云数据坐标转换及点云数据拼接的操作方法，实现以划分独立单元解决了海量点云数据拼接计算困难的问题，将计算量巨大的点云数据划分成计算机运算能力承受范围内的点云数据计算模块，完成点云数据计算，进而解决当前对溶洞内部通过扫描获得的云数据量过大，在进行云拼接计算的过程中计算时间过长，容易出现死机等情况。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法。
背景技术
在对溶洞内部结构进行计算机仿真模拟计算时，由于溶洞内地形地物非常复杂不规整，且特征点、特征线和特征面的提取困难，点云难以根据特征参数进行自动拼接，以往都是通过标靶来进行拼接，但现有的点云拼接算法会随着测站数量增加而积累误差，影响拼接精度。此外，大型溶洞进行三维激光扫描后获取的点云数据量巨大（TB级），容易发生由于数据量过大而造成计算时间过长，计算机资源不足，甚至会造成死机等状态，这是目前所面临的问题
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，以解决当前对溶洞内部通过扫描获得的云数据量过大，在进行云拼接计算的过程中计算时间过长，容易出现死机等情况。
为解决上述问题，本发明提供了如下技术方案：
一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，包括以下步骤：
S1、将整个溶洞划分为若干独立单元，且每个独立单元所估计产生的点云数据量不超过计算机运算能力的最大值；
S2、根据溶洞的分布特征进行测量控制网的布设，在每个独立单元中测量控制网的控制点数目不低于3个；
S3、在各个控制点的位置处架设测量仪器及棱镜；并对所有测量仪器和棱镜的高度以及控制点的水平角、垂直角和斜距进行观测和记录；
S4、设置测量控制网坐标系统和解算参数，根据步骤S3中所获得的记录输入起算数据，再选择平差模型，将观测控制网的观测数据导入平差模型中进行控制网解算，得到控制点坐标；
S5、在控制点上架设控制标靶，同时对控制标靶的设置参数进行观测记录，在测量控制网的其他位置上设置普通标靶；
S6、根据步骤S5中设置的普通标靶及控制标靶的位置在每个独立单元中设置设站点，并在设站点上安装扫描仪，在设置好扫描仪的扫描参数后逐个对所有独立单元进行扫描，以获得溶洞内部的所有原始点云数据；
S7、使用计算机依次分别加载每个独立单元内所有设站点的原始点云数据，识别出各个普通标靶，并利用ICP算法对该独立单元中的原始点云数据进行拼接；得到各独立单元的点云数据模型；
S8、根据步骤S4中获得的控制点坐标和步骤S5中获得的控制标靶的设置参数计算得到控制标靶的坐标，在步骤S7中获得的点云数据模型中识别出控制标靶的数据参数，并将通过计算得到的控制标靶坐标输入计算机内，通过控制标靶的数据参数和输入的控制标靶的坐标对各个独立单元的点云数据进行坐标转换计算，最终获得经过坐标转换后的各独立单元点云数据；
S9、将各个独立单元作为固定模块输入计算机内，并根据S8获得的经过坐标转换后的各独立单元点云数据对独立单元之间进行初步拼接，再根据各个独立单元控制标靶的坐标进行整体最小二乘平差，从而完成这个溶洞内的点云数据的拼接。
优选的，步骤S1中每个独立单元估计产生的点云数据量通过溶洞大小、溶洞结构分布形式、复杂程度及景观数目进行估计；其中经过划分后的每个独立单元所估计产生的点云数据量之间的差值大小不超过30%。
优选的，步骤S1中每个独立单元估计产生的点云数据量通过溶洞大小、溶洞结构分布形式、复杂程度及景观数目等进行估计；其中经过划分后的每个独立单元所估计产生的点云数据量之间的差值大小不超过30%。
优选的，在步骤S4中获得的控制点坐标后对其进行精度评定；若出现不满足精度要求的控制点坐标则需要对对应控制点的参数重新进行测量计算，直至满足精度要求。
优选的，在步骤S7中对单个独立单元的原始点云数据进行拼接时，还需要对拼接结果进行质量检查，若质量检查无法满足要求，则需要通过剔除部分观测精度不足的普通标靶，然后对点云数据进行重新拼接直到获得满足要求的点云数据模型。
优选的，在步骤S8中对各个独立单元的点云数据进行坐标变换时需要对转换结构进行数据检查，若检查结果不满足要求，则需要剔除部分观测精度不足的控制标靶，然后在对个独立单元的点云数据重新进行坐标变化，直至获得满足要求的坐标转换后的各独立单元点云数据。
本发明有益效果：
本发明的有益效果体现在以下两个方面：1、通过划分独立单元解决了海量点云数据拼接计算困难的问题，将计算量巨大的点云数据划分成计算机运算能力承受范围内的点云数据计算模块，完成点云数据计算；2、通过控制网布设解决各独立单元间数据拼接问题，从而解决了当前对溶洞内部通过扫描获得的云数据量过大，在进行云拼接计算的过程中计算时间过长，容易出现死机等情况。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步介绍：
实施例：
本实施例提供一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，包括以下步骤：
S1、将整个溶洞划分为若干独立单元，且每个独立单元所估计产生的点云数据量不超过计算机运算能力的最大值；
S2、根据溶洞的分布特征进行测量控制网的布设，在每个独立单元中测量控制网的控制点数目不低于3个；在本实施例中，独立单元内的控制点应选择在土质坚实稳固，便于保存的位置，且相邻的控制点之间通视情况良好；同时控制网的布设除了采用闭合导线或附和导线外，还能够根据洞内具体的结构选择三角网或四边形网；多个控制点的设置是为了满足点云数据坐标转换的需要，起到提高测量精度的效果；
S3、在各个控制点的位置处架设测量仪器及棱镜；并对所有测量仪器和棱镜的高度以及控制点的水平角、垂直角和斜距进行观测和记录；本实施例中的观测精度要求一般应满足《GB 50026 工程测量规范》四等导线控制网的要求；
S4、设置测量控制网坐标系统和解算参数，根据步骤S3中所获得的记录输入起算数据，再选择平差模型，将观测控制网的观测数据导入平差模型中进行控制网解算，得到控制点坐标；
S5、在控制点上架设控制标靶，同时对控制标靶的设置参数进行观测记录，在测量控制网的其他位置上设置普通标靶；
S6、根据步骤S5中设置的普通标靶及控制标靶的位置在每个独立单元中设置设站点，并在设站点上安装扫描仪，在设置好扫描仪的扫描参数后逐个对所有独立单元进行扫描，以获得溶洞内部的所有原始点云数据；本实施例中使用的扫描仪为三维激光扫描仪；
在本实施例中，普通标靶与设站点的设置应满足下列原则：1、普通标靶距离设站点的距离应在5~16 m；2、每个设站点至少能够后视三个普通标靶；3、每个普通标靶至少应该有两个设站点能够扫描到；4、普通标靶尽量不要布设在同一高度，且相邻普通标靶之间的高度差不宜小于0.5m；5、同一独立单元内的普通标靶不能设置在同一直线上；6、设站点应尽可能多地扫描到溶洞内景观。
S7、使用计算机依次分别加载每个独立单元内所有设站点的原始点云数据，识别出各个普通标靶，并利用ICP算法对该独立单元中的原始点云数据进行拼接；得到各独立单元的点云数据模型；
S8、根据步骤S4中获得的控制点坐标和步骤S5中获得的控制标靶的设置参数计算得到控制标靶的坐标，在步骤S7中获得的点云数据模型中识别出控制标靶的数据参数，并将通过计算得到的控制标靶坐标输入计算机内，通过控制标靶的数据参数和输入的控制标靶的坐标对各个独立单元的点云数据进行坐标转换计算，最终获得经过坐标转换后的各独立单元点云数据；
S9、将各个独立单元作为固定模块输入计算机内，并根据S8获得的经过坐标转换后的各独立单元点云数据对独立单元之间进行初步拼接，再根据各个独立单元控制标靶的坐标进行整体最小二乘平差，从而完成这个溶洞内的点云数据的拼接。
步骤S1中每个独立单元估计产生的点云数据量通过溶洞大小、溶洞结构分布形式、复杂程度及景观数目进行估计；其中经过划分后的每个独立单元所估计产生的点云数据量之间的差值大小不超过30%。在本实施例中，独立单元的划分可参考溶洞洞厅的分布规律，将较大的洞厅划分为一个完整的独立单元，在空间分布上较为接近的较小洞厅合起来作为一个独立单元进行划分。
若溶洞为贯通结构的溶洞，在步骤S2中还需要对溶洞的出口侧设置2个以上控制点。在溶洞出口处设置控制点的目的是为了对起算边长，起算坐标和起算方位角进行确定。
在步骤S4中获得的控制点坐标后对其进行精度评定；若出现不满足精度要求的控制点坐标则需要对对应控制点的参数重新进行测量计算，直至满足精度要求。
在步骤S7中对单个独立单元的原始点云数据进行拼接时，还需要对拼接结果进行质量检查，若质量检查无法满足要求，则需要通过剔除部分观测精度不足的普通标靶，然后对点云数据进行重新拼接直到获得满足要求的点云数据模型。
在步骤S8中对各个独立单元的点云数据进行坐标变换时需要对转换结构进行数据检查，若检查结果不满足要求，则需要剔除部分观测精度不足的控制标靶，然后在对个独立单元的点云数据重新进行坐标变化，直至获得满足要求的坐标转换后的各独立单元点云数据。
Claims (6)
1.一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将整个溶洞划分为若干独立单元，且每个独立单元所估计产生的点云数据量不超过计算机运算能力的最大值；
S2、根据溶洞的分布特征进行测量控制网的布设，在每个独立单元中测量控制网的控制点数目不低于3个；
S3、在各个控制点的位置处架设测量仪器及棱镜；并对所有测量仪器和棱镜的高度以及控制点的水平角、垂直角和斜距进行观测和记录；
S4、设置测量控制网坐标系统和解算参数，根据步骤S3中所获得的记录输入起算数据，再选择平差模型，将观测控制网的观测数据导入平差模型中进行控制网解算，得到控制点坐标；
S5、在控制点上架设控制标靶，同时对控制标靶的设置参数进行观测记录，在测量控制网的其他位置上设置普通标靶；
S6、根据步骤S5中设置的普通标靶及控制标靶的位置在每个独立单元中设置设站点，并在设站点上安装扫描仪，在设置好扫描仪的扫描参数后逐个对所有独立单元进行扫描，以获得溶洞内部的所有原始点云数据；
S7、使用计算机依次分别加载每个独立单元内所有设站点的原始点云数据，识别出各个普通标靶，并利用ICP算法对该独立单元中的原始点云数据进行拼接；得到各独立单元的点云数据模型；
S8、根据步骤S4中获得的控制点坐标和步骤S5中获得的控制标靶的设置参数计算得到控制标靶的坐标，在步骤S7中获得的点云数据模型中识别出控制标靶的数据参数，并将通过计算得到的控制标靶坐标输入计算机内，通过控制标靶的数据参数和输入的控制标靶的坐标对各个独立单元的点云数据进行坐标转换计算，最终获得经过坐标转换后的各独立单元点云数据；
S9、将各个独立单元作为固定模块输入计算机内，并根据S8获得的经过坐标转换后的各独立单元点云数据对独立单元之间进行初步拼接，再根据各个独立单元控制标靶的坐标进行整体最小二乘平差，从而完成这个溶洞内的点云数据的拼接。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，其特征在于：步骤S1中每个独立单元估计产生的点云数据量通过溶洞大小、溶洞结构分布形式、复杂程度及景观数目进行估计；其中经过划分后的每个独立单元所估计产生的点云数据量之间的差值大小不超过30%。
3.根据权利要求1所述的一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，其特征在于：若溶洞为贯通结构的溶洞，在步骤S2中还需要对溶洞的出口侧设置2个以上控制点。
4.根据权利要求1所述的一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，其特征在于：在步骤S4中获得的控制点坐标后对其进行精度评定；若出现不满足精度要求的控制点坐标则需要对对应控制点的参数重新进行测量计算，直至满足精度要求。
5.根据权利要求1所述的一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，其特征在于：在步骤S7中对单个独立单元的原始点云数据进行拼接时，还需要对拼接结果进行质量检查，若质量检查无法满足要求，则需要通过剔除部分观测精度不足的普通标靶，然后对点云数据进行重新拼接直到获得满足要求的点云数据模型。
6.根据权利要求1所述的一种用于大型溶洞海量点云数据拼接的数据处理方法，其特征在于：在步骤S8中对各个独立单元的点云数据进行坐标变换时需要对转换结构进行数据检查，若检查结果不满足要求，则需要剔除部分观测精度不足的控制标靶，然后在对个独立单元的点云数据重新进行坐标变化，直至获得满足要求的坐标转换后的各独立单元点云数据。
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