本技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)空間形位監(jiān)測方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、結(jié)構(gòu)的空間形位(即結(jié)構(gòu)表面的形狀和位移)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中重要的監(jiān)測指標(biāo)。相關(guān)的監(jiān)測手段如通過位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)、全站儀、水準(zhǔn)儀、激光測距儀和全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等僅能獲得結(jié)構(gòu)局部的形狀變化和位移信息，難以反映結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)；圖像識(shí)別技術(shù)(如數(shù)字圖像相關(guān)法)和雷達(dá)干涉技術(shù)的發(fā)展使得獲取結(jié)構(gòu)空間形位的全場信息成為現(xiàn)實(shí)，但由于測量原理的局限，圖像采集或雷達(dá)測站在監(jiān)測過程中需要保持恒定不變，這在一定程度上限制了其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、相關(guān)技術(shù)中還可以通過激光三維掃描獲得物體表面的點(diǎn)云信息，無需依賴固定測站，給數(shù)據(jù)采集帶來極大便利。然而由于點(diǎn)云的離散性、無組織的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和非均勻的分布特性，難以利用點(diǎn)云獲取結(jié)構(gòu)表面的物質(zhì)點(diǎn)的真實(shí)位移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)實(shí)施例提供了一種結(jié)構(gòu)空間形位監(jiān)測方法、裝置、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，以確定結(jié)構(gòu)表面的物質(zhì)點(diǎn)的真實(shí)位移，反映結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)。

2、第一方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種結(jié)構(gòu)空間形位監(jiān)測方法，包括：

3、獲取目標(biāo)結(jié)構(gòu)在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其中，所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括坐標(biāo)、顏色和反射強(qiáng)度；

4、對(duì)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，得到所述第一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)刻對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5、根據(jù)坐標(biāo)、顏色和反射強(qiáng)度分別對(duì)所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，得到初始曲面模型和配準(zhǔn)曲面模型；

6、從所述初始曲面模型中選取第一預(yù)設(shè)數(shù)量的第一配準(zhǔn)點(diǎn)，并在所述配準(zhǔn)曲面模型中搜索所述第一配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二配準(zhǔn)點(diǎn)；

7、根據(jù)所述第一配準(zhǔn)點(diǎn)，生成初始更新模型；根據(jù)所述第二配準(zhǔn)點(diǎn)，生成配準(zhǔn)更新模型；

8、基于所述初始更新模型和所述配準(zhǔn)更新模型，確定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的空間形位。

9、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)坐標(biāo)、顏色和反射強(qiáng)度分別對(duì)所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，得到初始曲面模型和配準(zhǔn)曲面模型，包括：

10、根據(jù)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的坐標(biāo)，分別確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻的幾何特征信息；

11、根據(jù)所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的坐標(biāo)進(jìn)行b樣條曲面擬合，并在擬合過程中增加所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的幾何特征信息、顏色和反射強(qiáng)度，得到第一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的初始曲面模型；

12、根據(jù)所述配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的坐標(biāo)進(jìn)行b樣條曲面擬合，并在擬合過程中增加所述配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的幾何特征信息、顏色和反射強(qiáng)度，得到第二時(shí)刻對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)曲面模型。

13、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，對(duì)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，得到所述第一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)刻對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括：

14、根據(jù)所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)中預(yù)設(shè)的至少兩個(gè)特征點(diǎn)，確定特征切面；

15、以所述特征切面為基準(zhǔn)，在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中分別進(jìn)行切面的劃分，得到所述第一時(shí)刻的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的多個(gè)初始切面和所述第二時(shí)刻的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的多個(gè)配準(zhǔn)切面；

16、針對(duì)每個(gè)目標(biāo)切面，在該目標(biāo)切面對(duì)應(yīng)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，將與該目標(biāo)切面的長度在預(yù)設(shè)長度內(nèi)的點(diǎn)投影至該目標(biāo)切面上，得到該目標(biāo)切面的第一投影點(diǎn)，對(duì)該目標(biāo)切面的第一投影點(diǎn)進(jìn)行采樣，得到該目標(biāo)切面的結(jié)構(gòu)點(diǎn)；其中，所述目標(biāo)切面包括多個(gè)初始切面和多個(gè)配準(zhǔn)切面；

17、針對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)，在該結(jié)構(gòu)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，確定與該結(jié)構(gòu)點(diǎn)距離最近的第二預(yù)設(shè)數(shù)量的附近點(diǎn)；根據(jù)所述附近點(diǎn)，確定該結(jié)構(gòu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

18、基于所述初始切面上的多個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定第一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；基于所述配準(zhǔn)切面上的多個(gè)結(jié)構(gòu)點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定第二時(shí)刻對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

19、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二預(yù)設(shè)數(shù)量為三；

20、根據(jù)所述附近點(diǎn)，確定該結(jié)構(gòu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括：

21、根據(jù)所述附近點(diǎn)，形成該結(jié)構(gòu)點(diǎn)的投影平面；

22、將該結(jié)構(gòu)點(diǎn)投影至所述投影平面上，得到該結(jié)構(gòu)點(diǎn)在所述投影平面上對(duì)應(yīng)的第二投影點(diǎn)；

23、針對(duì)每個(gè)附近點(diǎn)，確定所述第二投影點(diǎn)與另外兩個(gè)的附近點(diǎn)形成的三角形面積；

24、根據(jù)每個(gè)附近點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三角形面積，確定每個(gè)附近點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重；

25、基于每個(gè)附近點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和每個(gè)附近點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重，確定所述第二投影點(diǎn)對(duì)應(yīng)的該結(jié)構(gòu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

26、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，從所述初始曲面模型中選取第一預(yù)設(shè)數(shù)量的第一配準(zhǔn)點(diǎn)，并在所述配準(zhǔn)曲面模型中搜索所述第一配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二配準(zhǔn)點(diǎn)，包括：

27、從所述初始曲面模型中隨機(jī)選取第一預(yù)設(shè)數(shù)量的第一配準(zhǔn)點(diǎn)；

28、針對(duì)每個(gè)第一配準(zhǔn)點(diǎn)，確定該第一配準(zhǔn)點(diǎn)在所述初始曲面模型的初始映射坐標(biāo)；

29、根據(jù)所述初始映射坐標(biāo)，在所述初始曲面模型中確定該第一配準(zhǔn)點(diǎn)的配準(zhǔn)范圍，并在所述配準(zhǔn)曲面模型中確定該第一配準(zhǔn)點(diǎn)的搜索范圍；

30、根據(jù)所述配準(zhǔn)范圍對(duì)應(yīng)的幾何特征信息、顏色和反射強(qiáng)度，以及所述搜索范圍對(duì)應(yīng)的幾何特征信息、顏色和反射強(qiáng)度，在所述搜索范圍內(nèi)搜索與配準(zhǔn)范圍最相似的區(qū)域；

31、在與配準(zhǔn)范圍最相似的區(qū)域內(nèi)確定該第一配準(zhǔn)點(diǎn)在所述配準(zhǔn)曲面模型的配準(zhǔn)映射坐標(biāo)，得到該第一配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二配準(zhǔn)點(diǎn)。

32、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，基于所述初始更新模型和所述配準(zhǔn)更新模型，確定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的空間形位，包括：

33、根據(jù)所述初始更新模型和所述配準(zhǔn)更新模型，確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)在所述第一時(shí)刻和所述第二時(shí)刻的表面形狀；

34、根據(jù)所述初始更新模型和所述配準(zhǔn)更新模型，確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)由第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的結(jié)構(gòu)位移函數(shù)；

35、根據(jù)所述結(jié)構(gòu)位移函數(shù)，確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面各個(gè)物質(zhì)點(diǎn)由第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的位移；

36、基于所述表面形狀和所述位移，確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)的空間形位。

37、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在根據(jù)所述初始更新模型和所述配準(zhǔn)更新模型，確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)由第一時(shí)刻到第二時(shí)刻的結(jié)構(gòu)位移函數(shù)之后，還包括：

38、根據(jù)所述結(jié)構(gòu)位移函數(shù)，確定所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

39、第二方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種結(jié)構(gòu)空間形位監(jiān)測裝置，包括：

40、獲取模塊，用于獲取目標(biāo)結(jié)構(gòu)在第一時(shí)刻和第二時(shí)刻的原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；其中，所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括坐標(biāo)、顏色和反射強(qiáng)度；

41、結(jié)構(gòu)化模塊，用于對(duì)所述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，得到所述第一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述第二時(shí)刻對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

42、擬合模塊，用于根據(jù)坐標(biāo)、顏色和反射強(qiáng)度分別對(duì)所述初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合，得到初始曲面模型和配準(zhǔn)曲面模型；

43、配準(zhǔn)模塊，用于從所述初始曲面模型中選取第一預(yù)設(shè)數(shù)量的第一配準(zhǔn)點(diǎn)，并在所述配準(zhǔn)曲面模型中搜索所述第一配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二配準(zhǔn)點(diǎn)；

44、更新模塊，用于根據(jù)所述第一配準(zhǔn)點(diǎn)，生成初始更新模型；根據(jù)所述第二配準(zhǔn)點(diǎn)，生成配準(zhǔn)更新模型；

45、確定模塊，用于基于所述初始更新模型和所述配準(zhǔn)更新模型，確定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的空間形位。

46、第三方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述的方法的步驟。

47、第四方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述的方法的步驟。

48、第五方面，本技術(shù)實(shí)施例提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在電子設(shè)備上運(yùn)行時(shí)，使得電子設(shè)備執(zhí)行上述第一方面或第一方面的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述的方法的步驟。

49、本技術(shù)實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比存在的有益效果是：

50、本技術(shù)實(shí)施例通過對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，得到第一時(shí)刻對(duì)應(yīng)的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和第二時(shí)刻對(duì)應(yīng)的配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，方便后續(xù)進(jìn)行匹配和處理；通過坐標(biāo)、顏色和反射強(qiáng)度分別對(duì)初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)和配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中曲面擬合，得到初始曲面模型和配準(zhǔn)曲面模型，可以將點(diǎn)云的坐標(biāo)和其他的信息均擬合進(jìn)曲面模型中；再從初始曲面模型中選取第一預(yù)設(shè)數(shù)量的第一配準(zhǔn)點(diǎn)，并在配準(zhǔn)曲面模型中搜索第一配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第二配準(zhǔn)點(diǎn)，可以在配準(zhǔn)時(shí)利用點(diǎn)云的坐標(biāo)和其他的信息，降低陷入局部誤相似的概率，提高配準(zhǔn)的定位效率和精度，實(shí)現(xiàn)初始曲面模型和配準(zhǔn)曲面模型的精確配準(zhǔn)；根據(jù)第一配準(zhǔn)點(diǎn)生成初始更新模型，以及根據(jù)第二配準(zhǔn)點(diǎn)生成配準(zhǔn)更新模型，可以使初始更新模型和配準(zhǔn)更新模型相對(duì)應(yīng)，從而可以依據(jù)初始更新模型和配準(zhǔn)更新模型，得到目標(biāo)結(jié)構(gòu)的空間形位，即表面形狀變化和位移，反映目標(biāo)結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)。