基于曲率特征加权质心点约束的自适应标志点布局方法

摘要

本发明提供一种基于曲率特征加权质心点约束的自适应标志点布局方法，所述方法根据特征标志点规划布局的原则，在规定的测量空间中合理规划布局尽可能少的转换点的空间位置信息，使得这些转换点的分布情况既能满足预先给定的转换精度要求，又可以显著地提高特征标志点规划布局效率。

主权项

一种基于曲率特征加权质心点约束的自适应标志点布局方法，所述方法包括：(1)将实际测量现场作为立方体空间，以所述立方体的几何中心作为坐标原点建立测量空间坐标系，并且选择两个不同的第一观测站位和第二观测站位分别独立获取立方体空间的三维形貌特征，第一观测站位的第一坐标系和第二观测站位的第二坐标系与测量空间坐标系互不相同；(2)选取立方体中的两条体对角线方向处的四个顶点构成初始转换点集，使得初始转换点集的质心点坐标位于测量空间坐标系的坐标原点处；(3)选择不同于转换点且包含在初始转换点集内部的多个标志点构成测试点集，并且使得测试点集的质心点坐标与初始转换点集的质心点坐标彼此重合；(4)利用初始转换点集在第一坐标系和第二坐标系下的坐标值求解从第一坐标系到第二坐标系的旋转矩阵和平移矢量的初值，将测试点集在第一坐标系下的坐标值代入旋转矩阵和平移矢量的初值来计算误差评价指标初值；(5)在立方体测量空间中布设等间距的密集转换点集，计算每个转换点处的曲率特征函数，利用密集转换点集在第一坐标系和第二坐标系下的坐标值求解从第一坐标系到第二坐标系的旋转矩阵和平移矢量，将测试点集在第一坐标系下的坐标值代入旋转矩阵和平移矢量来计算误差评价指标目标值；(6)保持立方体几何中心位置不变，以密集转换点集中各个标志点之间的间距作为预定步长，依次缩小立方体测量空间的三个坐标分量取值，获得多个由大至小的子立方体空间；在每个子立方体中，将所述子立方体中所包含的各个密集标志点的曲率特征函数作为权重因子来求解所述子立方体的加权质心点坐标值，并将加权质心点坐标值与测量空间坐标系原点进行比较；如果加权质心点坐标值与测量空间坐标系原点之间存在偏移量，则将求得的加权质心点作为中心，继续根据所述步长逐步压缩所述子立方体空间，直到所述子立方体空间缩小至预定大小的空间区域为止，将由此获得的子立方体空间作为局部立方体区域；如果加权质心点坐标值与测量空间坐标系原点之间不存在偏移量，则搜索下一个子立方体空间中的局部立方体区域；(7)对于在步骤(6)中所获得的一个局部立方体区域，以所述局部立方体 区域的加权质心点为中心，以所述步长的整数倍为球半径，构造一组由小至大的搜索球直至所述局部立方体区域边缘；按照球半径由小至大的顺序，依次对每个球表面及内部且不属于前一个球所包含的密集标志点进行遍历搜索；在每个球的搜索过程中，将每个密集标志点及其关于坐标原点呈中心对称的对称标志点作为一对标志点，每次只将一对标志点引入初始转换点集构成当前转换点集，并按照步骤(4)的方式针对当前转换点集计算误差评价指标当前值，如果计算的误差评价指标当前值小于误差评价指标初值，则将该对标志点引入转换点集而形成更新的转换点集；利用更新的转换点集，继续针对下一对标志点按照相同的方式计算误差评价指标当前值，直至该球体所包含的每个标志点结束，将该次搜索中满足要求的标志点引入到初始转换点集中而构成新转换点集作为下一个球体搜索的初始转换点集，并计算此时的误差评价指标作为下一个球体搜索的误差评价指标初值；重复上述搜索过程，直至该局部立方体区域的每个球体全部搜索完毕为止；(8)对所有局部立方体区域重复执行步骤(7)的遍历搜索操作，寻找满足步骤(7)的条件的转换标志点对，直至计算出的误差评价指标趋近或低于误差评价指标目标值，此时布设的标志点的数目以及相应的坐标位置构成最优转换点集。