本發(fā)明涉及信息技術(shù)與橋梁安全管理領(lǐng)域,具體涉及一種基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法、設(shè)備和可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù):
1、大跨度橋梁和高層建筑是現(xiàn)代社會(huì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,然而橋梁在使用期間可能會(huì)發(fā)生損壞或腐蝕,因此需要定期對(duì)橋梁進(jìn)行安全檢查。對(duì)于斜拉橋而言,拉索是橋梁的關(guān)鍵組成部分,因此需要準(zhǔn)確測(cè)量它們的索力。傳統(tǒng)的索力測(cè)量方法主要依賴于接觸式測(cè)量設(shè)備,例如附加加速度計(jì)或彈性磁傳感器,從中計(jì)算出拉索的平均力和時(shí)變的拉索張力。然而,由于需要在大跨度橋梁上安裝傳感器并移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),這些方法非常耗時(shí)且需要大量的人力。近年來,三維激光掃描、攝影測(cè)量等非接觸測(cè)量技術(shù)已越來越多地用作橋梁檢查和管理的一部分。這些非接觸測(cè)量技術(shù)可以通過掃描或重建技術(shù)得到包含物體坐標(biāo)以及輻射屬性(例如顏色和強(qiáng)度信息)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)拉索的幾何和相對(duì)坐標(biāo)信息,因此,可對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析以估計(jì)斜拉橋的拉索力。然而,原始橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)不包含任何語義,也不包含關(guān)于橋梁組件的特定信息。因此,需要從整個(gè)橋梁的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中識(shí)別出拉索的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。然而,之前的研究或基于專業(yè)領(lǐng)域的先驗(yàn)知識(shí),或甚于深度學(xué)習(xí)的方法來分割點(diǎn)云數(shù)據(jù),這些方法或適用性較弱,或需要大量帶標(biāo)簽的橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù),需要大量的人工勞動(dòng)。因此,迫切需要提出一種適用性較強(qiáng)且不依賴大量帶標(biāo)簽數(shù)據(jù)的索力點(diǎn)云數(shù)據(jù)識(shí)別方法。
2、基于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的分割大模型,本發(fā)明提出了一種基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)訓(xùn)練步驟對(duì)大量帶標(biāo)簽點(diǎn)云數(shù)據(jù)的需求,可大幅提高斜拉橋索力測(cè)量的效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足中的至少一項(xiàng)。例如,本發(fā)明的目的之一在于避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)訓(xùn)練步驟對(duì)大量帶標(biāo)簽點(diǎn)云數(shù)據(jù)的需求,大幅提高斜拉橋索力測(cè)量的效率。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明一方面提供了一種基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法。
3、所述方法可包括:將橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到xoy平面,并進(jìn)行下采樣,得到二維點(diǎn)云數(shù)據(jù);計(jì)算二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的骨架線,然后根據(jù)預(yù)設(shè)的橋梁分段長(zhǎng)度和骨架線,將橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成若干段;對(duì)每段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到整個(gè)橋梁的語義分割結(jié)果;提取被歸類為拉索的點(diǎn)云數(shù)據(jù),針對(duì)每個(gè)拉索,將對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行切片并擬合圓心,并將圓心投影到二維平面;根據(jù)irvine方程和二維圓心,得到每個(gè)拉索的平均索力;其中,對(duì)每段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理包括:將一段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射成n張rgb圖像,并從中選擇一張作為主要圖像,其余作為次要圖像;獲取主要圖像的分割掩碼,并得到每個(gè)分割掩碼對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù);基于主要圖像的分割掩碼以及對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),在其余n-1張次要圖像中生成提示點(diǎn);根據(jù)各次要圖像和圖像上的提示點(diǎn),得到各次要圖像的分割結(jié)果;將n張rgb圖像的分割結(jié)果進(jìn)行整合,得到該段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)的初步分割結(jié)果;對(duì)初步分割結(jié)果進(jìn)行修正,得到該段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)最終的分割結(jié)果;根據(jù)橋梁構(gòu)件的種類k,準(zhǔn)備n組k個(gè)構(gòu)件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)支撐集;根據(jù)最終的分割結(jié)果以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)支撐集,得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征;計(jì)算特征之間的相似度,將該段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)歸類到相似度最高的構(gòu)件類別中。
4、可選擇地,所述計(jì)算二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的骨架線的步驟基于最優(yōu)傳輸算法實(shí)現(xiàn)。
5、進(jìn)一步地,所述計(jì)算二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的骨架線的步驟包括:提取拓?fù)潢P(guān)系,檢查骨架曲線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),進(jìn)行幾何優(yōu)化,得到平滑的骨架曲線;將平滑的骨架曲線轉(zhuǎn)換為分段線性曲線,計(jì)算從起始點(diǎn)到終點(diǎn)之間每?jī)蓚€(gè)相鄰骨架點(diǎn)之間的距離;根據(jù)預(yù)設(shè)的橋梁分段長(zhǎng)度和相鄰骨架點(diǎn)之間的距離,將骨架線與所述橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成若干段。
6、可選擇地,所述將一段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射成n張rgb圖像的步驟基于直射點(diǎn)投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
7、進(jìn)一步地,所述將一段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射成n張rgb圖像的步驟包括:指定n個(gè)不同的投影角度;對(duì)于每個(gè)投影角度進(jìn)行處理,得到n張rgb圖像;其中,所述每個(gè)投影角度進(jìn)行處理的環(huán)節(jié)包括:針對(duì)一個(gè)投影角度,將點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射到與投影方向垂直的平面上,并根據(jù)設(shè)定的網(wǎng)格尺寸,將二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)網(wǎng)格化,并記錄每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)所在的網(wǎng)格;設(shè)定相機(jī)的虛擬位置;對(duì)于同一個(gè)網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)點(diǎn),進(jìn)行聚類,得到多個(gè)簇,并計(jì)算每個(gè)簇到相機(jī)虛擬位置的距離,令距離最小的簇中的數(shù)據(jù)點(diǎn)為直射點(diǎn),其余簇中的點(diǎn)為遮擋點(diǎn);投影圖像的rgb值取直射點(diǎn)rgb值的均值;對(duì)n個(gè)投影角度均做同樣的處理,得到n張rgb圖像。再進(jìn)一步地,可通過聚類算法進(jìn)行聚類。
8、可選擇地,所述基于主要圖像的分割掩碼以及對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),在其余n-1張次要圖像中生成提示點(diǎn);根據(jù)各次要圖像和圖像上的提示點(diǎn),得到各次要圖像的分割結(jié)果,可包括:以主要圖像的分割結(jié)果為基礎(chǔ),每個(gè)掩碼均對(duì)應(yīng)一個(gè)橋梁構(gòu)件,對(duì)于每個(gè)掩碼進(jìn)行以下處理:將掩碼對(duì)應(yīng)的直射點(diǎn)與遮擋點(diǎn)均提取出來;在n-1個(gè)次要圖像中找到直射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn),并利用這些像素點(diǎn)計(jì)算出提示點(diǎn);將每個(gè)次要圖像及其提示點(diǎn)一起作為大模型的輸入,可分割得到對(duì)應(yīng)的掩碼,以及掩碼對(duì)應(yīng)的直射點(diǎn)與遮擋點(diǎn)。
9、可選擇地,所述將n張rgb圖像的分割結(jié)果進(jìn)行整合,得到橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)的初步分割結(jié)果,可包括:以統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)的方式來統(tǒng)計(jì)n張rgb圖像的分割結(jié)果;對(duì)于每個(gè)掩碼,記錄其對(duì)應(yīng)的直射點(diǎn)屬于構(gòu)件pi的分?jǐn)?shù)為1.0,其對(duì)應(yīng)遮擋點(diǎn)屬于構(gòu)件pi的分?jǐn)?shù)為0.5;將每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都?xì)w類到分?jǐn)?shù)最高的構(gòu)件類別中。
10、可選擇地,所述對(duì)初步分割結(jié)果進(jìn)行修正可包括:基于數(shù)據(jù)點(diǎn)的幾何特征,將數(shù)據(jù)點(diǎn)分成一維點(diǎn)和高維點(diǎn);對(duì)于一維點(diǎn)組成的點(diǎn)云數(shù)據(jù),利用基于主方向的區(qū)域增長(zhǎng)算法,將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成若干個(gè)點(diǎn)云簇;對(duì)于高維點(diǎn)組成的點(diǎn)云數(shù)據(jù),利用基于法向量的圖切方法,將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分成若干個(gè)點(diǎn)云簇;對(duì)于每個(gè)點(diǎn)云簇,統(tǒng)計(jì)多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)歸屬的構(gòu)件類別,并將所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均歸類到該構(gòu)件類別中。
11、本發(fā)明另一方面提供了一種計(jì)算機(jī)設(shè)備,
12、所述計(jì)算機(jī)設(shè)備包括:至少一個(gè)處理器;存儲(chǔ)有程序指令的存儲(chǔ)器,其中,所述程序指令被配置為由所述至少一個(gè)處理器執(zhí)行,所述程序指令包括用于執(zhí)行根據(jù)如上所述方法的指令。
13、本發(fā)明另一方面提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
14、所述介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令,其特征在于,所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上所述的方法。
15、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果包括以下內(nèi)容中的至少一項(xiàng):
16、(1)本發(fā)明方法簡(jiǎn)便,能夠準(zhǔn)確估算出索力。
17、(2)能夠有效解決斜拉橋索力估計(jì)效率低以及索力點(diǎn)云數(shù)據(jù)識(shí)別對(duì)大量帶標(biāo)簽點(diǎn)云數(shù)據(jù)的依賴性較高的問題。
18、(3)本發(fā)明避免了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)訓(xùn)練步驟對(duì)大量帶標(biāo)簽點(diǎn)云數(shù)據(jù)的需求,可大幅提高斜拉橋索力測(cè)量的效率。
1.一種基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述方法包括:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述計(jì)算二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的骨架線的步驟基于最優(yōu)傳輸算法實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述計(jì)算二維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的骨架線的步驟包括:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述將一段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射成n張rgb圖像的步驟基于直射點(diǎn)投影技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述將一段橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)映射成n張rgb圖像的步驟包括:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述基于主要圖像的分割掩碼以及對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),在其余n-1張次要圖像中生成提示點(diǎn);根據(jù)各次要圖像和圖像上的提示點(diǎn),得到各次要圖像的分割結(jié)果,包括:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述將n張rgb圖像的分割結(jié)果進(jìn)行整合,得到橋梁點(diǎn)云數(shù)據(jù)的初步分割結(jié)果,包括:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的索力估算方法,其特征在于,所述對(duì)初步分割結(jié)果進(jìn)行修正包括:
9.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備,其特征在于,包括:
10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì),其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令,其特征在于,所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法。