1.一种铁路石拱桥的拱轴线拟合方法,其特征在于:S1、设定拱底面若干测点,采集拱底面各测点的三维坐标;在拱底面按预测间距,划分若干测点,通过布设高精度全站仪,采集拱底面各测点的三维坐标;拱底面各测点三维坐标为 , 、 、 分别表示拱底面 第 个测点的 、 、 轴坐标, 表示拱底面测点总数量;S2、采集拱侧面上缘、下缘各测点的三维坐标;设定拱侧面上缘、下缘的若干测点,通过布设三维激光扫描仪,采集拱侧面上缘各测点的三维坐标、拱侧面下缘各测点的三维坐标;取左侧拱侧面或右侧拱侧面,在该拱侧面上缘、下缘按照预设距离,分别划分若干测点,通过布设三维激光扫描仪,采集拱侧面上缘各测点的三维坐标、拱侧面下缘各测点的三维坐标;拱侧面上缘各测点三维坐标为 , 、 、 分别表示拱侧面 第 个测点的 、 、 轴坐标, 表示拱侧面上缘各点总数量;拱侧面下缘各测点的三维坐标为 , 、 、 表示拱侧面第 个测点的 、 、 轴坐标, 表示拱侧面 下缘各点总数量;S3、采用统计滤波法分别对拱底面、拱侧面上缘标、拱侧面下缘各测点的三维坐标进行去噪处理,生成去噪的拱底面、拱侧面上下缘三维坐标数据;计算拱底面各测点的三维坐标、拱侧面上缘各测点的三维坐标、拱侧面下缘各测点的三维坐标的均值与标准差,设定滤波阈值,且该滤波阈值为 倍标准差,并以均值为中心、以 倍标准差为半径,将偏离均值超过 倍标准差的各测点剔除;S4、根据去噪的拱底面三维坐标数据,计算拱底面的几何中心,建立以几何中心为坐标原点的三维直角坐标系,将去噪的拱侧面上下缘三维坐标数据转换到以几何中心为坐标原点的三维直角坐标系下,生成统一坐标的拱侧面上下缘三维坐标数据;S5、根据铁路石拱桥类型,选取铁路石拱桥对应的曲线方程;S6、基于铁路石拱桥对应的曲线方程,采用最小二乘法对统一坐标的拱侧面上下缘三维坐标数据进行参数拟合,生成铁路石拱桥的拱轴线。
2.根据权利要求1所述的铁路石拱桥的拱轴线拟合方法,其特征在于,步骤S4具体包括:S41、计算去噪的拱底面三维坐标数据的均值,将其作为拱底面的几何中心;S42、以铁路石拱桥的横向为x轴、纵向为y轴、垂直拱底面向上方向为z轴,建立以几何中心为坐标原点的三维直角坐标系;S43、通过计算反射变换矩阵 ,将去噪的拱侧面上下缘三维坐标数据转换到以几何中心为坐标原点的三维直角坐标系下,生成统一坐标的拱侧面上下缘三维坐标数据。
3.根据权利要求2所述的铁路石拱桥的拱轴线拟合方法,其特征在于,步骤S43具体包括:获取去噪的拱侧面上缘三维坐标数据或拱侧面下缘三维坐标数据,分别在x轴、y轴、z轴方向的平移向量,生成平移矩阵,即: ;其中, 表示在x轴、y轴、z轴方向的平移向量 、 、 的平移矩阵;获取去噪的拱侧面上缘三维坐标数据或拱侧面下缘三维坐标数据,分别绕x轴、y轴、z轴旋转的旋转角度,生成旋转矩阵,即: ;其中, 、 、 分别表示绕x轴、y轴、z轴旋转的旋转角度 、 、 的旋转矩阵, 、 、 、 、 、 均表示中间变量, 表示余弦函数, 表示正弦函数;基于平移矩阵与旋转矩阵,计算反射变换矩阵 ,即: ;设去噪的拱侧面上缘三维坐标数据或拱侧面下缘三维坐标数据为 ,并将其转换为齐次坐标 , 为转置操作;基于反射变换矩阵 与齐次坐标,计算转换后的齐次坐标 ,即: ;最后,取转换后的齐次坐标 的前三维,得到统一坐标的拱侧面上下缘三维坐标数据。
4.根据权利要求3所述的铁路石拱桥的拱轴线拟合方法,其特征在于,步骤S5中铁路石拱桥类型包括但不限于圆弧拱桥、抛物线拱桥及悬链线拱桥,通过调整曲线方程适配不同桥型。
5.根据权利要求4所述的铁路石拱桥的拱轴线拟合方法,其特征在于,步骤S6具体包括:S61、设铁路石拱桥对应的曲线方程为 , 、 分别表示三维直角坐标系中自变量,即点的横坐标、纵坐标, 表示因变量,即对应点的竖坐标, 表示待拟合参数;S62、设统一坐标的拱侧面上缘三维坐标数据为 ,统一坐标的拱侧面下缘三维坐标数据为 , 、 、 分别表示统一坐标的拱侧面上缘第 个点的三维坐标, 、 、 分别表示统一坐标的拱侧面下缘第 个点的三维坐标, 表示统一坐标后拱侧面上缘数据点总数, 表示统一坐标后拱侧面下缘数据点总数;S63、将统一坐标的拱侧面上下缘三维坐标数据作为最小二乘法的输入,并构建最小化目标函数,即: ;其中, 表示取最小值, 表示目标函数;S64、对最小化目标函数关于待拟合参数 求偏导后并令其为0,通过求解,得到最优的待拟合参数;S65、将最优的待拟合参数代入铁路石拱桥对应的曲线方程,生成铁路石拱桥的拱轴线。
6.一种非易失性存储介质,其特征在于,所述非易失性存储介质包括存储的程序,其中,所述程序运行时控制非易失性存储介质所在的设备执行权利要求1至5中任意一项所述的方法。
7.一种终端设备,其特征在于,所述终端设备包括:处理器、存储器、通信接口和总线;所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述总线连接并完成相互间的通信;所述存储器存储可执行程序代码;所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序,以用于执行如上权利要求 1-5中任一项所述的方法。