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申请/专利权人：东南大学

摘要：本发明涉及桥梁工程构件基于三维点云的数字预拼装匹配领域，具体涉及到基于设计‑实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法。对具有拼装关系的两个预制梁体的三维数字点云计算有向包围盒，并形成两个点云切片及设计点云；采用迭代最近点算法，将两个点云切片分别与所生成的设计点云作配准；拟合提取两个待拼装构件的预拼装界面的边界特征、角点特征；先后使用普氏分析、迭代最近点算法实现拼装面的粗略匹配与精细匹配，计算界面匹配度误差并评价拼装结果。本发明引入设计点云以实现对欲提取特征附近点云的筛选，采用多种算法结合的方式进行待拼装构件姿态调整，不仅提高了自动化程度减少人工干预，而且提高了数字预拼装匹配精度，节省计算时间。

主权项：1.基于设计-实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法，其特征在于：步骤如下：步骤1、分别对具有拼装关系的两个预制梁体的三维数字点云计算有向包围盒，基于两个预制梁体的三维数字点云的几何特征实现三维坐标校准；针对校准后的两个预制梁体的三维数字点云，在两个预制梁体的拼装界面分别作两个点云切片；基于所作两个点云切片共同包含的拼装界面，针对该拼装界面所包含的设计信息生成离散的设计点云；步骤2、采用迭代最近点算法，将步骤1中两个预制梁体的拼装界面点云切片分别与所生成的设计点云作配准；在设计点云坐标范围的基础上设置距离阈值，对两个拼装界面点云切片进行去噪；步骤3、基于步骤2中的设计点云坐标范围，对去噪后的两个点云切片进行分块；根据所需拟合的特征选取拟合函数与拟合算法，拟合提取两个待拼装构件拼装界面的边界特征、角点特征；步骤4、基于步骤3中两个待拼装构件的预拼装界面中拟合的边界特征、角点特征，首先采用普氏分析算法实现拼装界面粗略匹配，随后采用迭代最近点算法实现拼装界面精细匹配，将点云调整至最终拼装姿态，计算拼装界面匹配度误差并评价拼装结果；计算界面匹配度误差并评价拼装结果，具体步骤如下：步骤4.1、基于去噪后的切片点云P3、去噪后的切片点云Q3中提取到的角点特征的三维坐标信息，建立预拼装匹配点组CP、预拼装匹配点组CQ，其中，CP、CQ均为k*3矩阵，k为匹配点个数；Cp＝{Cp1,Cp2,…,Cpk},CQ＝{CQ1,CQ2,…,CQk}步骤4.2、基于普氏分析算法，以预拼装匹配点组CP为基准，将预拼装匹配点组CQ与之对齐，表述式如下：CQ＝Rc·CP+Tc+Ec根据上式计算得到粗略匹配下的正交旋转矩阵Rc；根据上式计算得到粗略匹配下的刚性平移矩阵Tc；根据上式计算得到粗略匹配下的误差矩阵Ec；将两匹配点组距离最小时，即粗略匹配下的误差矩阵Ec最小时对应的姿态，确定为粗略匹配后姿态；argmin||Ec||基于粗略匹配下的正交旋转矩阵Rc、粗略匹配下的刚性平移矩阵Tc，将去噪后的切片点云Q3调整至粗略匹配后的切片点云Q4表述式如下：Q4＝Rc·Q3+Tc实现粗略匹配；步骤4.3、基于迭代最近点算法，在粗略匹配后的切片点云Q4中找到与去噪后的切片点云P3中各点最近的点，通过正交旋转矩阵与刚性平移矩阵，使对应点间距离的方差最小，即：argmin||Rf·Q4+Tf-P3||2根据上式计算得到精细匹配下的正交旋转矩阵Rf；根据上式计算得到精细匹配下的刚性平移矩阵Tf；基于精细匹配下的正交旋转矩阵Rf、精细匹配下的刚性平移矩阵Tf，将粗略匹配后的切片点云Q4调整至最终拼装姿态点云Qfinal，表述式如下：Qfinal＝Rf·Q4+Tf实现精细匹配；为统一描述，将最终拼装姿态下的点云Pfinal定义为：Pfinal＝P3步骤4.4、在拼装平面中，计算最终拼装姿态点云Qfinal与中各点距其在最终拼装姿态点云Pfinal中最近点的间距f：f＝||qfi-pfi||pfi为最终拼装姿态点云Pfinal中第i个点，qfi为最终拼装姿态点云Qfinal中第i个点，以此评估拼装结果。

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百度查询： 东南大学 基于设计-实测点云模型的预制梁体数字预拼装匹配方法