结合配准补偿和空间约束的隧道三维建图方法

P231; 三维地图对于隧道的施工安全预警和长期安全维护至关重要.然而,在纹理缺乏、结构粗糙且存在动态干扰的隧道环境中,生成准确的三维点云地图是一项具有挑战性的任务.本文提出了一种隧道三维建图方法,用于构建超长且高噪声隧道场景的点云地图.首先,提出了一种配准残差补偿模型,以减少由粗糙表面结构引起的配准误差.该模型利用K均值聚类算法识别非平整表面结构,并通过局部区域残差进行有效补偿.然后,提出了一种基于视场最大化的空间约束模型,以排除绝对测量偏差造成的点云误差.为了验证本方法的性能,本文在钻爆法和盾构法隧道的二次衬砌和管沟敷设阶段进行了试验.结果表明,该方法较主流建图算法FAST-LIO2、Fa...

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Published in测绘学报 Vol. 54; no. 2; pp. 297 - 307
Main Authors 张星, 黄展鹏, 李清泉, 周宝定, 李麒沛
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 深圳大学建筑与城市规划学院,广东 深圳 518060 2025
深圳大学深圳市空间信息智能感知与服务重点实验室,广东 深圳 518060%深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室,广东 深圳 518060
深圳大学深圳市空间信息智能感知与服务重点实验室,广东 深圳 518060
深圳大学自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室,广东 深圳 518060
深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060
深圳大学土木与交通工程学院,广东 深圳 518060%深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室,广东 深圳 518060
深圳大学广东省城市空间信息工程重点实验室,广东 深圳 518060
Subjects
激光雷达
mapping
配准补偿
LiDAR
空间约束
registration compensation
spatial constraint
legged robot
建图
四足机器人
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Summary:P231; 三维地图对于隧道的施工安全预警和长期安全维护至关重要.然而,在纹理缺乏、结构粗糙且存在动态干扰的隧道环境中,生成准确的三维点云地图是一项具有挑战性的任务.本文提出了一种隧道三维建图方法,用于构建超长且高噪声隧道场景的点云地图.首先,提出了一种配准残差补偿模型,以减少由粗糙表面结构引起的配准误差.该模型利用K均值聚类算法识别非平整表面结构,并通过局部区域残差进行有效补偿.然后,提出了一种基于视场最大化的空间约束模型,以排除绝对测量偏差造成的点云误差.为了验证本方法的性能,本文在钻爆法和盾构法隧道的二次衬砌和管沟敷设阶段进行了试验.结果表明,该方法较主流建图算法FAST-LIO2、Faster-LIO和LiLi-OM具有更准确的轨迹估计和地图构建.此外,本文进行了一些消融试验,以进一步阐明不同模型在隧道三维建图中的作用.
ISSN:1001-1595
DOI:10.11947/j.AGCS.2025.20240018