(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 202210969012.X (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 吴刚　余星宇　冯东明　侯士通　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 朱小兵 (51)Int.Cl. G06V 20/17(2022.01) G06V 10/762(2022.01) G06V 10/26(2022.01) (54)发明名称 一种无人机测量悬索桥主缆线形的方法及 系统 (57)摘要 本发明公开了一种无人机测量悬索桥主缆 线形的方法， 包括以下步骤： 无人机数据采集， 无 人机搭载激光雷达扫描设备直接获取点云数据， 或者通过无人机搭载RGB相机倾斜摄影测量； 点 云模型重建， 对 数据进行后处理并重构悬索桥点 云模型； 悬索桥主缆点云提取， 通过分析悬索桥 主缆空间分布特性， 从悬索桥全桥及周边环境的 点云数据中把主缆点云提取出来； 采用密度聚类 的方法去除噪点和扶手索点云精确提取主缆点 云， 并计算主缆线形。 本发明还提出了一种无人 机测量悬索桥主缆线形的系统， 能提高悬索桥主 缆线形测量效率， 并保证一定的精度， 有广阔的 应用前景。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115272897 A 2022.11.01 CN 115272897 A 1.一种无 人机测量悬索桥主缆线形的方法， 其特 征在于： S1、 无人机数据采集； S2、 点云模型重建： 对步骤S1采集的数据进行后处 理， 来重构悬索桥 点云模型； S3、 悬索桥主缆点云提取： 通过分析悬索桥主缆空间分布特性， 从悬索桥全桥及周边环 境的点云数据中把主缆 点云提取 出来； S4、 计算主缆线形： 采用密度聚类的方法提取主缆 点云并计算主缆线形。 2.根据权利要求1所述的一种无人机测量悬索桥主缆线形的方法， 其特征在于： 步骤S1 中， 是通过无人机搭载激光雷达扫描设备直接获取点云数据， 或者通过无人机搭载RGB相机 倾斜摄影测量重建点云模型。 3.根据权利要求1所述的一种无人机测量悬索桥主缆线形的方法， 其特征在于： 步骤S3 中， 通过维度特征对主缆点云进行粗提取， 包括切片分割和基于点云维度特征粗提取两个 步骤。 4.根据权利要求3所述的通过维度特征对主缆点云进行粗提取方法， 其特征在于： 对于 悬索桥主缆， 对主缆点云进行切片分割， 具体为： 依据空间维度特征将主缆及吊索从未分类 的点云切片 中提取出来， 选择维度特征为线性特征地物的目标点为主缆点云粗提取结果； 附加方向 向量水平约束条件， 即最大 特征值对应的特 征向量与水平面平行。 5.根据权利要求1所述的一种无人机测量悬索桥主缆线形的方法， 其特征在于： 步骤S4 中， 将粗提取 的主缆点云在顺桥向切片分割， 对于切片点集在顺桥向垂直平面上投影并密 度聚类分割， 计算聚类中心， 将所有切片聚类中心投影到顺桥向铅垂平面上并二次密度聚 类分割， 识别并提取主缆线形。 6.根据权利要求1所述的一种无人机测量悬索桥主缆线形的方法， 其特征在于： 步骤S4 中计算主缆线 形， 具体如下： 对桥面点云进行坐标转换， 顺桥向与转换后的 𝑜’𝑥’𝑦’𝑧’坐标 中𝑥轴或𝑦轴重合， 在顺 桥向特定步长切片并分步聚类； 二次聚类结束后， 主缆中心线形在垂直顺桥向的投影坐标是聚类结果的某类簇集合， 从这些类簇集 合去除噪点和扶手索线形， 识别并提取 出主缆线形。 7.一种无 人机测量悬索桥主缆线形的系统， 其特 征在于， 包括： 无人机数据采集模块， 用于通过无人机搭载激光雷达扫描设备直接获取点云数据， 或 者通过无人机搭载RGB相机倾 斜摄影测量重建点云模型； 点云模型重建模块， 用于对无人机数据采集模块采集的数据进行后处理， 来重构悬索 桥点云模型； 悬索桥主缆点云提取模块， 用于通过分析悬索桥主缆空间分布特性， 从悬索桥全桥及 周边环境的点云数据中把主缆 点云提取 出来； 主缆线形计算模块， 用于采用密度聚类的方法提取主缆 点云并计算主缆线形。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115272897 A 2一种无人机测量悬索桥主 缆线形的方法及系统 技术领域 [0001]本发明属于桥梁检测技术领域， 尤其涉及一种无人机测量悬索桥主缆线形的方 法。 背景技术 [0002]悬索桥的主要部件为主缆、 吊索、 加劲梁、 索塔、 锚碇、 桥墩、 桥台、 基础、 支座， 主缆 是悬索桥中主要的、 暴露在户外的、 不可更换的、 几乎不可加固的金属构件。 传统的主缆线 形测量常采用全站仪测量， 在主缆一侧设置测站， 并且需要在主缆的观测点上安装反射棱 镜， 观测数据量大， 测量次数密集， 测量方法繁复。 [0003]无人机作为一种新型工具， 具有灵活， 飞行平稳等特点， 能可以搭载相机或其他设 备来代替人工检查， 且能到达高耸塔柱等人工不易到达部位， 提高了检测效率。 虽然 无人机 在桥梁表观病害方面已有应用， 但是在悬索桥主缆线形检测方面研究较少， 需要提出一种 无人机测量悬索桥主缆线形的方法。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题是： 为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供了一 种无人机测量悬索桥主缆线形的方法。 [0005]本发明为 解决以上技 术问题而采用以下技 术方案： [0006]本发明首 先提出一种无 人机测量悬索桥主缆线形的方法， 具体包括如下步骤： [0007]S1、 无人机数据 采集。 无人机可以搭载激光雷达扫描设备直接 获取点云数据， 或者 通过无人机搭载RGB相机倾 斜摄影测量也能重建点云模型。 [0008]S2、 点云模型重建。 无论是激光雷达扫描， 还是倾斜摄影测量， 无人机获取悬索桥 数据之后， 都需要对数据进行后处 理来重构悬索桥 点云模型。 [0009]S2.1、 无人机载激光雷达扫描。 通过无人机搭载激光雷达， 集激光测距技术、 定位 定姿技术、 GPS差分定位技术、 计算机技术等多项前沿技术为一体， 通过一次飞行即可获得 悬索桥的高精度、 高密度的空间三维点云信息 。 [0010]S2.2、 无人机倾斜摄影测量。 倾斜摄影三维模型重建， 只要能满足相邻照片具有足 够多的相同特征点， 就能通过带有位置姿态信息的影像数据建立三维实景点云模型， 模型 中的每一个点都含有三维地理位置信息 。 [0011]S3、 悬索桥主缆点云提取。 通过分析悬索桥主缆空间分布特性， 从悬索桥全桥及周 边环境的点云数据中把主缆 点云提取 出来。 [0012]悬索桥原始点云数据主要包括周边环境点、 主缆点云、 吊索点云、 桥塔点云、 桥面 系点云。 从悬索桥原始 点云数据中提取主缆点云线形包括切片分割和基于点云维度特征粗 提取两个步骤。 [0013]对于悬索桥主缆， 其空间特征大致符合在竖直平面内分布， 在开源软件 CloudCompare中切片分割主缆点云， 切片分割后的点云包含索塔点云、 吊索点云、 主缆点云说　明　书 1/5 页 3 CN 115272897 A 3