[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

本發明涉及一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，包括以下步驟：配置三維激光掃描儀；掃描空載砂船，自動識別提取場景點云數據中目標單體空船，進行點云漏洞自動修補，建立空載砂船點云數據模型；掃描滿載砂船，自動識別提取場景點云數據中目標單體滿船數據；對空載和滿載的單體砂船點云數據進行高精度自動配準；提取兩期砂船點云數據的船艙區域數據，通過高程差值積分解算船舶運砂量的體積。本發明能夠實現對船舶運輸砂石數據的實時采集、高效傳輸、精確計算。

技術領域

本發明涉及地理空間信息系統技術領域，尤其涉及一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法。

背景技術

在采砂、運砂這個行業現有的管理手段還處于一個比較落后的技術水平，船舶采砂方量沒有精確的計算方式，靠“吃水位”的人工測量方式無法準確衡量船舶的實際方量。隨著信息化的發展，和砂石工作的不斷深入，如何利用3S技術自動、快速、準確的獲取砂石體量成為亟須解決的問題。近十年來，三維激光雷達和多時相點云配準技術的快速發展，可快速獲取的大場景點云數據為高精度的船船載砂石體積自動計算提供了有效可靠的數據支撐。但是，如何從江面大場景點云數據中快速、準確的提取出目標船只，如何對浮動船舶多點云數據進行自動精確配準以及如何降低點云數據漏洞對砂石體積計算結果精度的影響，是亟需解決的問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，該方法針對浮動平臺獲取點云數據場景復雜、數據量大的特點，利用保樣降采樣和基于預設種子點的聚類分析實現點云場景中目標船只的快速精確提取；考慮到船舶運輸過程中的浮動性而導致點云數據的局部特征錯誤，引入全局特征，并以平面作為基元實現點云數據自動配準；考慮到船舶點云數據缺失對砂石體積計算精度的影響，本發明利用改進的雙線性最近鄰內插算法實現掃描數據漏洞修復，從而實現對船舶運輸砂石數據的實時采集、高效傳輸、精確計算。

為了實現上述的目的，本發明采用了以下的技術方案：

一種支持實時監測的船載砂石體積自動計算方法，該方法包括以下步驟：

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。

作為優選，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。

作為優選，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。