(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 202210834179.5 (22)申请日 2022.07.14 (71)申请人 苏州大学 地址 215000 江苏省苏州市相城区济学路8 号 (72)发明人 徐向阳　杨浩　 (74)专利代理 机构 苏州见山知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 32421 专利代理师 袁丽花 (51)Int.Cl. G06V 10/762(2022.01) G06T 17/20(2006.01) G06T 19/20(2011.01) G06T 7/30(2017.01) G06T 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于残差分布的点云数据聚类分析系 统和方法 (57)摘要 本申请提供一种基于残差分布的点云数据 聚类分析系统和方法， 所述系统包括： 测量数据 采集以及预处理模块、 数据分析模块和聚类分析 模块， 所述测量数据采集以及预处理模块对目标 物进行三维激光扫描产生点云数据并对点云数 据预处理； 数据分析模块包括三维模 型重建子模 块以及模型构建误差分析子模块， 对三维激光扫 描的数据进行高精度模型重建； 聚类 分析模块根 据建模的残差分布特征实现隧道点云数据不同 部件的聚类分析。 本发明所提供的基于残差分布 的点云数据聚类分析方法， 采用一体化设计， 集 数据采集、 聚类 分析以及可视化展现于一体的全 自动隧道结构聚类方法， 彩色触摸显示屏， 更易 操作， 智能识别隧道结构的各项 装备和设施。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 115222978 A 2022.10.21 CN 115222978 A 1.一种基于残差分布的点云数据聚类分析系统， 其特 征在于， 包括： 测量数据采集以及预处理模块， 用于对目标物进行三维激光扫描产生点云数据并对点 云数据预处 理； 数据分析模块， 包括三维模型重建子模块以及模型构建误差分析子模块， 对三维激光 扫描的数据进行高精度模型重建和误差分析； 聚类分析模块， 用于根据建模的残差分布特征实现所述目标物的点云数据不同部件的 聚类分析。 2.根据权利要求1所述的一种基于残差分布的点云数据聚类分析系统， 其特 征在于， 所述测量数据采集以及预处理模块包括多传感器测量子模块、 控制和数据采集子模块 和数据预处 理子模块； 所述多传感器测量子模块包括激光扫描仪和至少一台工业相机； 所述控制和数据采集子模块包括控制台， 来自多传感器测量子模块的原始数据存储 并 备份在带控制台的磁 盘矩阵中； 所述数据预处理子模块从磁盘矩阵中读取数据， 通过深度图像配准、 平滑散乱点云数 据和简化散乱点云数据， 对点云数据进行 预处理。 3.根据权利要求1或2所述的基于残差分布的点云数据聚类分析系统， 其特 征在于， 所述数据分析模块的三维模型重建子模块， 运用NURBS曲面算法对点云数据分块进行 曲面拟合， 对试验数据进 行回归计算， 得到试验条件下曲面模 型中各参数的取值； 将分割的 片面子集 拼接， 输出点云、 三维模型和参数文件。 4.根据权利要求3所述的基于残差分布的点云数据聚类分析系统， 其特 征在于， 所述模型构建误差分析子模块， 将模型构建对应的误差分布， 结合特征识别方法， 进行 残差特征分析， 提取建模残差分布的极大值。 5.根据权利要求 4所述的基于残差分布的点云数据聚类分析系统， 其特 征在于， 所述聚类分析模块利用残差分布特征， 结合误差数据， 综合分析点云数据对应的目标 物的各种设施， 最后在显示器中显示目标物的不同结构的三 维模型图像以及对应的位置与 大小。 6.根据权利要求5所述的基于残差分布的点云数据聚类分析 方法， 其特 征在于， 所述聚类分析模块根据点云数据高精度几何模型， 通过误差动态响应分析， 实现隧道 结构点云聚类， 并以3D模型或者云图的方式显示。 7.根据权利要求6所述的基于残差分布的点云数据聚类分析 方法， 其特 征在于， 分析结果显示在同一个平台中， 显示三维扫描结果、 3D模型、 模型误差和聚类分析， 其 中三维扫描结果以点云形式显示， 三维模型重建结果以曲面形式显示， 模型误差与聚类分 析以图表形式显示； 进行动态显示， 并通过鼠标点击或者对话框输入坐标值获得对应位置处的模型误差， 得到三维效果图， 通过鼠标操作即可实现缩放、 旋转、 视图选择、 局部窗口显示； 进行实验测试 数据的误差分析， 以图表的方式进行显示； 以图片格式输出误差分析图示结果。 8.一种基于残差分布的点云数据聚类分析 方法， 其特 征在于， 包括： 对目标物进行三维激光扫描产生 点云数据并对点云数据预处 理；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115222978 A 2对三维激光扫描的数据进行高精度模型重建和误差分析； 根据建模的残差分布特 征实现所述目标物的点云数据不同部件的聚类分析。 9.一种电子设备， 包括存储器、 处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运 行的计算机程序， 其特征在于， 所述处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求8所述的 方法。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述程序被处理 器执行实现如权利要求8所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115222978 A 3