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一种巷道主轴引导的结构感知ICP点云配准算法

唐博,  武文豪,  李智广,  徐英杰,  李灵,  孙杰,  何晓刚

唐博, 武文豪, 李智广, 徐英杰, 李灵, 孙杰, 何晓刚. 一种巷道主轴引导的结构感知ICP点云配准算法[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202609008
引用本文: 唐博, 武文豪, 李智广, 徐英杰, 李灵, 孙杰, 何晓刚. 一种巷道主轴引导的结构感知ICP点云配准算法[J]. 地质科技通报. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202609008
tang bo, WU Wenhao, LI Zhiguang, XU Yingjie, LI Ling, SUN Jie, he xiaogang. A Tunnel-Axis-Guided Structure-Aware ICP Algorithm for Mine Roadway Point Cloud Registration[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202609008
Citation: tang bo, WU Wenhao, LI Zhiguang, XU Yingjie, LI Ling, SUN Jie, he xiaogang. A Tunnel-Axis-Guided Structure-Aware ICP Algorithm for Mine Roadway Point Cloud Registration[J]. Bulletin of Geological Science and Technology. doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202609008

一种巷道主轴引导的结构感知ICP点云配准算法

doi: 10.19509j.cnki.dzkq.tb202609008
基金项目: 2025年度新疆地质局自筹资金项目(XGBST202506)

A Tunnel-Axis-Guided Structure-Aware ICP Algorithm for Mine Roadway Point Cloud Registration

  • 摘要: 实景三维建模是矿山巷道安全管控、工程设计、运维管理和数字孪生建设的重要基础。针对矿山巷道点云断面重复、局部特征稀疏导致传统ICP对初始位姿敏感并易出现沿程错配的问题,提出一种巷道主轴引导的结构感知ICP算法(TA-ICP)。该方法首先利用主成分分析构造候选初始位姿并估计目标巷道主轴;随后根据目标法向与主轴的方向关系构造主轴引导断面结构权重,将巷道全局走向先验映射到局部点到平面优化中;同时融合Cauchy鲁棒核、随当前旋转更新的法向一致性、曲率可靠度和多尺度策略完成位姿求解。本文先保留两组典型重叠巷道片段的定量结果用于展示配准效果,再基于同一矿山8个巷道区段、已知位姿扰动、端到端流程对比、相同PCA初值公平对比、消融实验、参数敏感性、计算效率以及噪声、离群点和遮挡边界实验进行验证。结果表明,TA-ICP在10°~60°旋转扰动下均保持100%成功率;在同矿8区段端到端实验中,TA-ICP的95%截断点云表面一致性RMSE为(7.474±4.72)mm,与FPFH-FGR+ICP相当,单位初值ICP和GICP在大初始偏差下出现严重错配。相同PCA初值下各局部优化组合差异不显著,说明当前数据中的端到端收益主要来自可靠初值,不能全部归因于结构权重。本文结论限于主轴明确、重叠区域较充分的同矿连续巷道片段,低重叠、强弯曲、复杂分叉及跨设备场景仍需进一步验证。

     

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出版历程
  • 收稿日期:  2026-09-07
  • 录用日期:  2026-10-20
  • 修回日期:  2026-10-18
  • 网络出版日期:  2026-10-27

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     《地质科技通报》编辑部