(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211377997.3 (22)申请日 2022.11.04 (71)申请人 中铁四局集团第五工程有限公司 地址 332500 江西省九江市濂溪区长虹大 道968号 申请人 中铁四局集团有限公司 (72)发明人 李郴　章新生　寇学超　曹少华　 周大林　李强　王明刚　胡鹏　 彭涛　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 何世磊 (51)Int.Cl. G06V 10/44(2022.01) G06V 10/762(2022.01)G06V 10/30(2022.01) G06V 20/10(2022.01) G06V 20/64(2022.01) (54)发明名称 隧道轮廓提取方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种隧道轮廓提取方法及系 统， 根据本发明提供的隧道轮廓提取方法， 包括： 获取点云数据， 并对点云数据进行地物分离， 以 获得待处理数据； 采用DBSCAN聚类方法识别并过 滤掉所述待处理数据中的第一类噪点， 所述第一 类噪点与隧道主体点云之间的距离大于等于预 设值； 采用最小 二乘拟合与基于RANSAC的圆拟合 相结合的方法识别并过滤掉所述待处理数据中 的第二类噪点， 以得到隧道轮廓， 所述第二类噪 点与隧道主体点云之间的距离小于所述预设值。 本发明能够解决现有技术缺乏有效的分类过滤 方法， 无法有效的对隧道内的工程车辆、 施工人 员、 隧道管线、 附属设施进行分类过滤的问题。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115527041 A 2022.12.27 CN 115527041 A 1.一种隧道轮廓提取 方法， 其特 征在于， 包括： 获取点云数据， 并对点云数据进行地物分离， 以获得待处 理数据； 采用DBSCAN聚类方法识别并过滤掉所述待 处理数据中的第一类噪点， 所述第一类噪点 与隧道主体点云之间的距离大于等于预设值； 采用最小二乘拟合与基于RANSAC的圆拟合相结合的方法识别 并过滤掉所述待处理数 据中的第二类噪点， 以得到隧道轮廓， 所述第二类噪点与隧道主体点云之间的距离小于所 述预设值。 2.根据权利要求1所述的隧道轮廓提取方法， 其特征在于， 获取点云数据， 并对点云数 据进行地物分离， 以获得待处理数据的步骤中， 采用基于坡度的地物分离、 基于数学形态的 地物分离、 基于表面插值的地物分离、 基于布料模拟点云地面滤波算法的地物分离中的任 一种。 3.根据权利要求1所述的隧道轮廓提取方法， 其特征在于， 采用最小二乘拟合与基于 RANSAC的圆拟合相结合的方法识别并过滤掉所述待处理数据中的第二类噪点的步骤具体 包括： 对组成隧道断面轮廓的多段圆弧， 多次分段拟合分别找出多个拟合模型； 基于拟合模型， 对每一段圆弧进行 K近邻距离过 滤。 4.根据权利要求3所述的隧道轮廓 提取方法， 其特征在于， 对组成隧道断面轮廓的多段 圆弧， 多次分段拟合分别找出多个拟合模型的步骤具体包括： 通过最小二乘拟合出圆弧， 由圆的标准方程可 得： 其中， X1、 X2、 Xn表示第1个点、 第2个点、 第n个点在平面坐标系的x轴坐标值， Y1、 Y2、 Yn表 示第1个点、 第2个点、 第n个点在平面 坐标系的y轴坐标值， a、 b、 c为 参数； 求得R·A＝Y的最小二乘解， A＝(RT·R)‑1·RT·Y， 其中， T表示 转置； 在设定好的阈值范围中区分出阈值内的点和阈值外的点， 并求得局内数据点； 拟合过程迭代， 找到 置信度最高的模型。 5.根据权利要求3所述的隧道轮廓提取方法， 其特征在于， 基于拟合模型， 对每一段圆 弧进行K近邻距离过 滤的步骤具体包括： 对圆弧中的每一个点， 求该点到该分段拟合模型的距离； 通过搜索目标点的k近邻点， 计算 k近邻点的到模型的距离均值； 根据设定的阈值， 通过1～3倍标准差距离均值过 滤出离群点。 6.一种隧道轮廓提取系统， 其特 征在于， 包括： 获取模块， 用于获取点云数据， 并对点云数据进行地物分离， 以获得待处 理数据； 第一过滤模块， 用于采用DBSCAN聚类方法识别并过滤掉所述待处理数据中的第一类噪权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115527041 A 2点， 所述第一类噪点与隧道主体点云之间的距离大于等于预设值； 第二过滤模块， 用于采用最小二乘拟合与基于RANSAC的圆拟合相结合的方法识别并过 滤掉所述待处理数据中的第二类噪点， 以得到隧道轮廓， 所述第二类噪点与隧道主体点云 之间的距离小于所述预设值。 7.根据权利要求6所述的隧道轮廓 提取系统， 其特征在于， 所述获取模块用于采用基于 坡度的地物分离、 基于数学形态的地物分离、 基于表面插值的地物分离、 基于布料模拟点云 地面滤波算法的地物分离中的任一种进行地物分离 。 8.根据权利要求6所述的隧道轮廓提取系统， 其特征在于， 所述第二过滤模块具体用 于： 对组成隧道断面轮廓的多段圆弧， 多次分段拟合分别找出多个拟合模型； 基于拟合模型， 对每一段圆弧进行 K近邻距离过 滤。 9.根据权利要求8所述的隧道轮廓提取系统， 其特征在于， 所述第二过滤模块具体用 于： 通过最小二乘拟合出圆弧， 由圆的标准方程可 得： 其中， X1、 X2、 Xn表示第1个点、 第2个点、 第n个点在平面坐标系的x轴坐标值， Y1、 Y2、 Yn表 示第1个点、 第2个点、 第n个点在平面 坐标系的y轴坐标值， a、 b、 c为 参数； 求得R·A＝Y的最小二乘解， A＝(RT·R)‑1·RT·Y， 其中， T表示 转置； 在设定好的阈值范围中区分出阈值内的点和阈值外的点， 并求得局内数据点； 拟合过程迭代， 找到 置信度最高的模型。 10.根据权利要求8所述的隧道轮廓提取系统， 其特征在于， 所述第二过滤模块具体用 于： 对圆弧中的每一个点， 求该点到该分段拟合模型的距离； 通过搜索目标点的k近邻点， 计算 k近邻点的到模型的距离均值； 根据设定的阈值， 通过1～3倍标准差距离均值过 滤出离群点。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115527041 A 3