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申请/专利权人：南京林业大学

摘要：本发明公开了一种基于理论模型的动车特征轮廓模板库的构建方法，包括：将动车三维点云数据分别在YZ平面和XY平面进行投影；以Y坐标最小的点作为起始点，搜索与起始点最近的点作为下一个序列点，再搜索与该序列点最近的点作为新的下一个序列点，重复搜索直至搜索完所有点，得到所有点的序列；检索序列中每一个点，构建出分段函数，作为基模板库；根据XY平面上的二维点云数据，提取一组为二维点云边界的点集；将XY平面上的二维点云数据进行切片，分别寻找在每个点云切片范围内且在点集范围内的点，求取每个点云切片上的模板库。本发明构建方法提升了动车特征轮廓模板库构建的效率和准确性，为后续依据该模板库进行工作提供了可靠的支撑。

主权项：1.一种基于理论模型的动车特征轮廓模板库的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、导入动车由CAD转换而来的三维点云数据，并进行点云坐标转换，使沿车身方向为点云坐标系的X轴方向，动车高度方向为点云坐标系的Y轴方向；步骤2、将三维点云数据进行随即下采样；步骤3、将三维点云数据分别在YZ平面和XY平面进行投影，分别得到动车在YZ平面上的二维点云数据和XY平面上的二维点云数据；步骤4、将步骤3中得到的YZ平面上的二维点云数据去除重复冗余的数据；步骤5、将步骤4处理后的数据，以Y坐标最小的点作为起始点，并搜索与起始点最近的点作为下一个序列点，然后搜索与该序列点最近的点作为新的下一个序列点，重复步骤5中的搜索步骤，直至搜索完所有的点，最终得到所有点的序列；步骤6、根据步骤5得到的序列，依次检索每一个点，构建出分段函数，并以该函数作为基模板库；步骤6包括：步骤6.1、根据步骤5得到的序列，从索引i＝0开始，令直线段起点索引和结束点索引集合为Sl，圆弧段中三个点的索引集合为Sr；步骤6.2、计算索引为i的点与索引为i+1的点之间的直线段的斜率yi,zi为索引为i的点的坐标，令判定值Kl＝ki，n＝1；步骤6.3、计算下一直线段的斜率根据判定公式：|ki+n-Kl|≤10-52；若公式2判定为真，则认为索引为i+n的点与索引为i+1+n的点之间的直线段与上一直线段在同一条直线上，以n+1代替n，若索引为i+1+n的点存在，则以Kl＝ki+n更新判定值，并返回步骤6.3，若索引为i+n+1的点不存在，则说明遍历完该点集中所有点，返回步骤6.6；若公式2判定为假，则认为索引为i+n的点与索引为i+1+n的点之间的直线段与上一直线段不在同一条直线上，而从索引为i到索引为i+n的点在一条直线上，保存起点索引和结束点索引i,i+n至集合Sl中，即sl＝sl∪i,i+n，以i+n+1代替i，返回步骤6.4；步骤6.4、分别将yi,zi、yi+1,zi+1、yi+2,zi+2带入圆方程：y2+z2+2Dy+2Ez+F＝03；联立方程组计算出D、E、F的值；再计算出圆弧半径圆心坐标yr＝-D,zr＝-E，令判定值Kr＝Ri，n＝1；步骤6.5、计算下一个索引为i+2+n的点yi+2+n,zi+2+n到圆心的距离根据判定公式：|di+2+n-Kr|≤10-54；若公式4判定为真，则认为该点yi+2+n,zi+2+n与上几个点在同一条圆弧上，以n+1代替n，若索引为i+2+n的点存在，则返回步骤6.5，若不存在，则说明遍历完该点集中所有点，返回步骤6.6；若公式4判定为假，则认为该点yi+2+n,zi+2+n与上几个点不在同一条圆弧上，而从索引为i到索引为i+1+n的点在一条圆弧上，保存圆弧段起点及相邻两点的索引i,i+1,i+1+n至集合Sr中，即Sr＝Sr∪i,i+1,i+1+n，以i+n+2代替i，返回步骤6.2；步骤6.6、根据Sl中保存的每一段直线段的起点索引和结束点索引，将其首尾两点的值带入两点式直线方程计算出每一段的直线方程；根据Sr中保存的各段三个点的索引，分别带入圆方程y2+z2+2Diy+2Eiz+Fi＝0，联立方程组计算出Di、Ei、Fi的值，计算出每一段的圆方程；联立每一组相邻的直线段和圆弧段相应的直线方程和圆方程，求得交点，并根据这些交点的Y坐标作为分段依据，最终得到一个分段函数： 其中lbi、ubi分别为分段函数中两个交点的Y坐标值；并以该分段函数作为基模板库；步骤7、将步骤3中得到的XY平面上的二维点云数据使用改进的alphashape方法，提取出一组为二维点云边界的点集；步骤7包括：步骤7.1、令在XY平面上的二维点云为点集S，计算在XY平面上二维点云的密度ρ，并根据点云密度设置阈值alpha，令边界点集集合为Se；步骤7.2、在点集S中任意选取一点pi；步骤7.3、计算pi与点集S内其他点之间的距离，并将所有与点pi间距离小于2*alpha的点记为点集Qi，任意选取点集Qi内一点qi且步骤7.4、生成两个同时过点pi与点qi且半径为alpha的外接圆；若两外接圆中任意一个外接圆不存在点集S中的其他点，则说明点pi与点qi为边缘点，将点pi保存入集合Se中，并将qi代替为新的pi返回步骤7.3；否则，从点集Qi中任意选取一点qi+1且代替qi，返回步骤7.4，直至点集Qi中所有点被处理；步骤7.6、从点集S中任意选择一点pi+1且代替pi，返回步骤7.3，直至点集S中的所有点被处理；步骤7.7、最终得到在XY平面上二维点云的边界点集集合Se；步骤8、根据在XY平面上二维点云的密度ρ估算切片厚度δ；沿X方向以切片厚度将步骤3中得到的XY平面上的二维点云数据进行切片，得到多个点云切片，分别寻找在每个点云切片范围内且在步骤7的点集范围内的点，并根据这些点的Y轴坐标作为取值范围带入步骤6得到的基模板库，作为每个点云切片上的模板库。

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百度查询： 南京林业大学 基于理论模型的动车特征轮廓模板库的构建方法