(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211157882.3 (22)申请日 2022.09.22 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115239904 A (43)申请公布日 2022.10.25 (73)专利权人 湖北工业大 学 地址 430068 湖北省武汉市洪山区南李路 28号 (72)发明人 陈娜　姚致远　肖衡林　何一　 罗复谦　张朕轩　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 鲁力 (51)Int.Cl. G06T 17/05(2011.01) G06T 5/00(2006.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 20/17(2022.01)(56)对比文件 US 20190 31342 A1,2019.01.31 CN 109357617 A,2019.02.19 CN 114266987 A,202 2.04.01 CN 109579712 A,2019.04.0 5 CN 114842364 A,202 2.08.02 CN 10193 6008 A,201 1.01.05 Giovanni Gigli等. 《Semi- automaticextracti onofrockmas sstructuralda tafromhighreso lution》 . 《Internati onal Journal of Rock Mec hanics & Mi nning Sciences》 .201 1, 陈娜. 《基 于三维激光 点云技术的岩体结构 面智能解译》 . 《地球科 学》 .2020, 贺鹏. 《基 于无人机倾斜摄影技术的铁路边 坡危岩落石运动特性分析》 . 《铁道标准设计》 .2021, 陈昌富. 《基 于无人机贴近 摄影的高陡边坡 结构面识别》 . 《湖南大 学学报》 .202 2, 审查员 喻阳 (54)发明名称 一种基于无人机的边坡块体信息自动识别 与三维重构方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于无人机的边坡块体 信息自动识别与三维重构方法， 包括以下步骤： 通过无人机对边坡拍照， 利用软件进行建模获取 三维点云； 获取结构面特征点集， 采用最小二乘 法提取岩体结构面几何信息， 获取结构面的平面 方程和结构面对应的点云数据， 并构建结构面边 界直线方程， 获取结构面边界框架结构； 通过分 析结构面边界距离和相邻边界点连线形成的斜 率， 获取裂隙数据， 以便于块体稳定性分析； 将相 邻且相交的结构面提取处理成块体， 再通过分析 结构面内围成的空间内是否有点的数据， 判断是 否为真实块体， 将真实块体的数据进行组合， 获 得边坡的块体 分布情况， 本发明具有提供一整套从数据采集到边坡确定性块体识别技术方案的 优点。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115239904 B 2022.12.16 CN 115239904 B 1.一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： Ⅰ.利用无人机采集图像数据， 根据采集的图像数据进行实景建模， 获取三维点云； Ⅱ.从获取的三维点云数据中任选一点作为种子点， 将该点添加到一个新集合中， 这个 集合为生长得到的一个平面 集合， 该集合设为Q； Ⅲ.对于每个种子点的邻近点进行如下操作： 计算当前种子点和邻近点的法线角度的 差值绝对值， 若差值小于设定的阈值， 则该邻近点添加到当前种子点的集 合中； Ⅵ.当集合Q中有三个点以后即确定一个平面， 继续判断种子点邻点是否属于该平面： 首先必须满足法线阈值条件， 其次还需要满足： 条件a： 设当前邻近点加入集合Q前后的区域分别设为Qf和Qb，  Qf和Qb其实为加入新的 邻近点前后的两个平面， 利用PCA拟合计算Qf和Qb两个平面的法向量， 分别记为Ff和Fb， 通 过下式计算Ff和Fb之间的均方误差， 若均方误差小于设定的阈值， 则条件a通过； 其中， 为均方误差， 为平面的点数， 为平面法向量， 为点， 为平面 质心， 为阈值， 为平面法向量与平面质心的乘积； 条件b： 计算 新的邻近点到Qf区域的垂直距离， 如果小于某个阈值， 则条件b通过； 两个额外条件同时满足， 则新的邻近点判定与种子点属于一个平面； 种子点和满足要 求的邻点构成了结构面特 征点集Ri； Ⅴ.将已提取出的结构面特征点集从点云中删除， 对剩余点云循环执行上述步骤， 直到 种子序列为空； Ⅵ.采用最小二乘法提取岩体结构面几何信息， 获取结构面的方程和结构面对应的点 云数据， 提取各个结构面的边界点， 将相 邻的两个边界点构建直线方程， 并利用端点坐标将 直线截取为线段， 以使各个边界点围成闭合的框架结构图像， 以使结构面 边界线条清晰； Ⅶ.根据结构面方程计算两结构面相交的交线方程， 通过结构面上的点和 交线方程的 关系判断两个结构面是否相邻且相交， 根据空间几何求出两两相 邻且相交的结构面的交线 段的两个端点坐标， 然后通过编码归类方法将两两相交的结构面提取出来构成块体； 根据 相邻且相交的结构面内围成的空间内是否有点数据判断是否为真实块体， 将真实块体的数 据进行组合， 获得边坡的三维 实景图； 将岩体三维点云模型、 结构面数据和块体数据存 入数据库。 2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 设定提取平面点个数的最小值Nmin和最大值Nmax， 对由聚类生成的平面进行 点数判定， 点数在Nmi n和Nmax之间的点的集 合， 为最终要提取的结构面特 征点集。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115239904 B 23.根据权利要求2所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 步骤 Ⅶ中， 提取三个两两相交且相 邻的结构面以及六个交线段的端点， 合并其 中三个重复的顶点， 由四个端点代 表块体。 4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 将整个点云封 闭， 选取靠近三个结构面相交点的一点的点坐标， 将该坐标代入与三个 结构面的平面方程垂直的直线方程公式 中以获得 具体的三个直线方程； 通过获取的三个直线方程分别与三个结构面的平面方程结合计算出三个交点 坐标； 判断计算出的三个坐标点与对应结构面内其他点的距离， 若计算出的三个坐标点距离 均小于设定阈值， 则确定选取 的点位于三个结构面围成的块体内部， 之后不再进行其他点 的计算， 判断该块体为真实块体； 若计算出的三个坐标点距离存在不小于 设定阈值的情况， 则确定选取的点不位于三个结构面围成的块体内部； 若此时计算其他点均不位于三个结构 面围成的块体内部， 则该块体为虚假 块体， 之后使用编码过 滤剔除被重复计算的块体。 5.根据权利要求4所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 重复提取坡面出现的所有真实岩石块体， 在三维空间生成平面相交而成的三 维数字块体模型， 统计块体的体积和块度分布。 6.根据权利要求5所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 在同一个无人机上搭载5台传感器， 以使传感器从一个垂直、 四个倾斜共五个 不同角度采集 边坡影像。 7.根据权利要求6所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 无 人机采用倾 斜摄影的方式拍摄边坡影 像。 8.根据权利要求7所述的一种基于无人机的边坡块体信息自动识别与三维重构方法， 其特征在于， 利用软件将倾斜摄影所得 的照片进行实景建模， 并进行两次新建重建项目操 作， 即可分别得到三维 实景模型和三维点云数据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115239904 B 3