[發明專利]一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法

有效

• 申請號: 201910175999.6
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN110118526B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 謝瀟;王登星;張葉廷;黃爽;許飛
• 申請（專利權）人: 浙江中海達空間信息技術有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 徐金杰

1.一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，配置三維激光掃描儀，包括設置三維激光掃描儀的掃描參數配置和網絡配置；

步驟2，空船數據建模：通過三維激光掃描儀掃描空載運砂船，對掃描數據進行處理得到空載運砂船數據模型并存儲至船舶數據庫；

步驟3，獲取滿船點云數據：通過三維激光掃描儀掃描位于浮動平臺的滿載運砂船，對于掃描數據進行處理提取目標單體滿船點云數據；

步驟4，對空載和滿載的運砂船點云數據進行高精度點云自動配準，包括，

步驟4.1，基于優化后的SK-4PCS算法進行點云粗配準；

步驟4.2，基于點對面的ICP算法進行點云精配準；

步驟5，提取出空、滿載運砂船點云的船艙區域數據：從船舶數據庫中調取目標運砂船對應的船艙邊界點坐標，對配準后的空載運砂船點云數據和滿載運砂船點云數據進行自動裁剪，得到空、滿船的船艙點云數據；

步驟6，自動精確計算船舶載砂體積：根據空載船體與滿載船體三維船艙數據模型的高程差值解算出船體運砂量的體積。

2.根據權利要求1所述的一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，其特征在于，步驟2中的三維激光掃描儀對空載運砂船進行多站點掃描，然后將多站點掃描數據拼接、裁剪生成空船數據模型。

3.根據權利要求2所述的一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，其特征在于，步驟2的實現包括以下步驟：

步驟2.1，空載運砂船數據標準化入庫：對掃測得到的場景點云數據進行裁剪、拼接以獲取到完整的目標空載運砂船數據，建立通用數據模型并存入船舶數據庫；

步驟2.2，空載運砂船邊界點坐標數據入庫：記錄空載運砂船點云數據船艙、船頭、船尾部分的邊界點三維坐標數據，存入船舶數據庫。

4.根據權利要求1所述的一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，其特征在于，步驟3中的三維激光掃描儀安裝在滿載運砂船上方，其掃描范圍完全覆蓋滿載運砂船所在區域；對于該三維激光儀獲取的點云數據，基于該三維激光掃描儀的安裝傾角進行方位糾正。

5.根據權利要求4所述的一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，其特征在于，步驟3的實現包括以下步驟：

步驟3.1，滿船點云數據坐標系方向糾正：根據三維激光掃描儀設置的固定傾角，將滿船點云數據坐標系旋轉至z軸朝上；

步驟3.2，對滿載運砂船點云數據進行數據精簡：采用基于八叉樹的數據精簡算法減少數據量，提高數據處理的速度，為船載砂石體積計算提供數據基礎；

步驟3.3，基于預設種子點的聚類分析算法對大場景點云數據進行目標船只的自動識別和快速提取：以三維激光掃描儀的位置為原點，在目標運砂船所在的區域內且相較三維激光掃描儀水平距離相同的范圍內設置多個種子點，對場景點云數據采用基于歐式距離的聚類分析算法得到多個聚類點云，根據預設種子點坐標和聚類分析結果進行運砂船自動識別和提取，從而實現從大場景三維激光點云數據中精確的識別出運砂船點云數據。

6.根據權利要求1所述的一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，其特征在于，步驟4.1的具體實現包括以下步驟：

步驟Ⅰ，使用一系列高度間隔相同的橫截面去分割點云，分別獲取空船點云P和滿船點云Q的橫截面點云，并在橫截面點云數據上檢測和提取特征點，并將兩組特征點集進行關聯匹配，建立基礎關聯對；

步驟Ⅱ，從點集P中選取共面的四點作為基礎對Bi,從點集Q中提取4點集合U＝{U1,U2,...,Ui}，使得Ui通過矩陣變換與Bi近似一致，然后根據點集Bi和U計算最佳變換矩陣Ti；

步驟Ⅲ，重復步驟Ⅱ，對于不同的基礎對B＝{B1,B2,...,Bi}，計算其對應的最佳變換矩陣T＝{T1,T2,...,Ti}；步驟Ⅳ，計算Pi＝P*Ti得到旋轉后的空船點集Pi，然后采用ANN計算點集Pi處在滿船點集Q中的距離δ內的點的個數k，選取k值最大對應的旋轉平移矩陣Ti作為最優的剛性變換矩陣T。