异构融合3D-CNN架构
3D U-Net架构
模型空洞识别

异构融合 3D-CNN
空洞感知网络

古建筑三维重建中,因视角遮挡、结构复杂产生大量未建模空洞。 我们提出业界创新的异构融合框架,将体素语义信息边界几何特征拓扑结构信息统一建模。

94.2% 空洞检测精确率
91.8% 空洞检测召回率
±2.5mm 边界定位精度

技术架构

A
3D U-Net 体素分割

处理体素化输入,提供高召回率的全局语义覆盖,理论感受野达 44³ 体素格。

B
1D-CNN 边界环路建模

多尺度卷积(核尺寸 3/5/7)提取边界顶点序列特征,SE 通道注意力增强关键维度。

C
MLP 拓扑分类

基于 7 维环路聚合特征进行整体判别,过滤噪声环路,提供语义约束。

多粒度几何特征提取包含 10 维顶点特征(高斯曲率、法向量方差、局部折角等)与 7 维环路聚合特征(平面性、圆形度、法向量一致性等)。 采用 Dice + Focal 复合损失函数处理类别失衡(正负样本比 1:15~1:20), Dice 系数达 0.720,IoU 达 0.564

数据流演示
CNN架构
空地协同

空地协同检测
与导引方法

构建了从"空洞感知"到"导航导引"的完整技术链路。 通过 DBSCAN 密度聚类将稠密空洞顶点压缩为稀疏三维路标,经刚体变换映射至导航坐标系, 以标准化 JSON 格式交付四足机器人执行补采任务。

100% 机器人到达成功率
0.38m 平均到达精度
100:1 路标压缩比

技术流程

1
DBSCAN 密度聚类

自适应邻域半径 ε = ρ·L_bbox,将数千空洞顶点压缩为 30-50 个稀疏路标点。

2
坐标系刚体变换

支持全站仪标定(Kabsch 算法)与 ICP 点云配准两种坐标系转换方法。

3
标准化 JSON 导出

平台无关的 JSON 接口,包含路标坐标、簇大小、空间范围、置信度等元信息。

四足机器人在 PyBullet 仿真环境中采用 Trot 步态Pure Pursuit 路径跟踪, 结合虚拟力场法实时避障。仿真验证 15 个路标点全部成功到达, 总行驶距离 28.7m,任务时间 89.3s,零碰撞

ICFEP 高性能有限元分析

UH本构理论

自研有限元求解器 ICFEP,结合姚仰平院士原创的 UH 统一硬化本构理论 (国家自然科学二等奖),实现古建筑砖石土复合介质复杂力学响应的精准预测。

传统商业软件 583 分钟 ABAQUS 计算时间
ICFEP + 代理模型 9 分钟 效率提升 64.8 倍
ABAQUS 误差 28.6% 平均预测偏差
ICFEP 误差 6.9% 精度提升 4.1 倍

已成功应用于比萨斜塔修复分析等国际经典工程案例,充分验证普适性与可靠性。