基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法及装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116007597A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202211639491.5(22)申请日2022.12.19(71)申请人北京工业大学地址100101北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人鲍艳温玉成张东亮郑烨鑫裴乐君(74)专利代理机构北京一枝笔知识产权代理事务所(普通合伙)11791专利代理师张庆瑞(51)Int.Cl.G01C15/12(2006.01)G01B21/22(2006.01)权利要求书3页说明书11页附图5页(54)发明名称基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法及装置(57)摘要本发明提供一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法及装置，涉及圆柱体拟合技术领域。以实现对框架柱垂直度的快速高精度检测。该方法包括：获取框架柱点云数据，构建框架柱模型方程，基于框架柱模型方程构建损失函数；基于动量梯度下降法对框架柱模型方程进行拟合使损失函数最小，获得框架柱参数，基于框架柱参数计算框架柱的垂直度。所述基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量装置应用于基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法。CN116007597ACN116007597A权利要求书1/3页1.一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法，其特征在于，包括：步骤S1：获取框架柱点云数据，构建框架柱模型方程，基于框架柱模型方程构建损失函数；步骤S2：基于动量梯度下降法对框架柱模型方程进行拟合使损失函数最小，获得框架柱参数，基于框架柱参数计算框架柱的垂直度。2.根据权利要求1所述的一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S1.1：基于三维激光扫描获取框架柱点云数据P＝{p1,p2,p3,…,pN}，N为点云的数量，pj(xj,yj,zj为点云数据中任意一点的坐标为，pj∈P,j∈[1,N]，并对框架柱点云数据P进行预处理；步骤S1.2：构建框架柱模型方程，公式为：a2+b2+c2＝1，公式简化为：其中，x0,y0,z0为框架柱中轴线上某一点坐标，a,b,c为框架柱中轴线约束方程向量，x,y,z为框架柱表面上某一点坐标，r为框架柱半径；步骤S1.3：基于框架柱简化方程式(2)和预处理后的点云数据形成损失函数F，损失函数公式为：r为框架柱半径，εj为点云中任意一点pj(xj,yj,zj)到框架柱中轴线的距离与框架柱半径r的差。3.根据权利要求2所述的一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S2.1：对框架柱7个参数x0,y0,z0,a,b,c,r分别赋予初始值，将点云数据中的每一个点pj(xj,yj,zj)带入损失函数F中计算，获得代表当前框架柱模型方程和点云数据在多大程度上不契合的数值F1；步骤S2.2：求损失函数F的7个参数x0,y0,z0,a,b,c,r的梯度，获得梯度值；步骤S2.3：利用梯度值和动量对7个参数x0,y0,z0,a,b,c,r的初始值进行更新；步骤S2.4：循环执行步骤S2.1至步骤S2.3，以使损失函数F达到最小；步骤S2.5：基于损失函数F达到最小值时所得的框架柱模型方程方向向量与垂直向量计算框架柱的垂直度。4.根据权利要求3所述的一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法，其特2CN116007597A权利要求书2/3页征在于，所述步骤S2.2包括：对损失函数F分别求7个参数x0,y0,z0,a,b,c,r的偏导数，将点云数据中的每一个点pj(xj,yj,zj)带入求出的偏导数中获得梯度值。5.根据权利要求3所述的一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法，其特征在于，所述步骤S2.3包括：用梯度值和动量对7个参数x0,y0,z0,a,b,c,r的初始值进行更新，公式为：k'＝k+v'k⑹其中k为7个参数，k∈[x0,y0,z0,a,b,c,r]，k'为对7个参数的初始值更新后的参数，vk为速度，v'k为更新后的速度，α为常数，lr表示更新量。6.根据权利要求3所述的一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量方法，其特征在于，所述步骤S2.5包括：基于损失函数F达到最小值时所得的框架柱模型方程方向向量s(a,b,c)与垂直向量(0,0,1)用三维向量夹角公式计算框架柱的垂直度，公式为：其中，θ为框架柱中轴线与垂直向量的夹角。7.一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直度测量装置，其特征在于，包括：构建模块，用于获取框架柱点云数据，构建框架柱模型方程；拟合计算模块，通过框架柱点云数据基于动量梯度下降法对框架柱模型方程进行拟合使损失函数最小，获得框架柱参数，基于框架柱参数计算框架柱的垂直度。8.根据权利要求7所述的一种基于动量梯度下降法对框架柱的垂直