[發(fā)明專利]一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)及其測量方法

有效

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• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112378336B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設計）人: 葛沛;陸明鋒;劉燦波;李林海;時玉華;應續(xù)華
• 申請（專利權）人: 南通中遠海運川崎船舶工程有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24;G01B11/28;G06T3/40;G06T7/11;G06T19/00;G06T19/20
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 陳亮亮

1.一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：確定掃描站點和無人機移動路線；

步驟二：將掃描站點和移動線路輸入到移動終端內，移動終端發(fā)布指令給無人機；

步驟三：裝載有三維激光掃描儀的無人機獲取啟動指令，讀取組合操控指令；

步驟四：將組合操控指令發(fā)送至無人機，使無人機按照預定的路線飛行，并停靠在布置的掃描站點；

步驟五：移動終端發(fā)布掃描啟動指令，三維激光掃描儀啟動進行全景掃描，采集船舶貨艙的表面點云數(shù)據(jù)；

步驟六：對采集的點云數(shù)據(jù)進行預處理，包括點云配準、點云濾波、點云空洞修補、點云分割等，刪除貨艙內施工人員、車輛等非測量要素，將點云數(shù)據(jù)三維坐標值轉換到船體坐標系下，將相鄰的兩個掃描站點重疊的數(shù)據(jù)進行合理分割，并進行整個貨艙數(shù)據(jù)拼接，完成貨艙云點數(shù)據(jù)的處理；

步驟七：點云數(shù)據(jù)建模并提取貨艙內表面的型值；

步驟八：最后根據(jù)貨艙表面的型值計算實際貨艙艙容；

所述步驟八具體為

貨艙艙容計算是由貨艙曲面或平面所圍成的復雜封閉區(qū)域的體積計算；體積計算，運用邊界曲面的積分方法，將空間三維封閉區(qū)域的幾何特性計算轉化為沿封閉區(qū)域的邊界曲面的積分；對邊界曲面進行三角剖分，由曲面上的個頂點與坐標原點相連構成三棱錐，由3個頂點的坐標值計算其體積；曲面的三角剖分采用映射法，將曲面剖分轉化為對參數(shù)域的平面域剖分，然后向空間映射，得到曲面的三角剖分；對于一個封閉區(qū)域的體積計算基于封閉區(qū)域曲面的三角剖分成果，得到一系列的三棱錐，再分別計算其幾何特性，累加得到貨艙的體積。

2.按照權利要求1所述的一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)的測量方法，其特征在于：所述步驟一具體為

確定掃描路線，掃描站點選擇在某空間三維坐標上并自動測量定位，在保證精度的前提下，每個掃描站點最大范圍掃描到目標貨艙的場景，確保每個掃描站點掃描艙壁時不被遮擋；其中位于船首和船尾部的貨艙由于首尾型線收縮，貨艙受外部型線的影響，側面和底部為不規(guī)則形狀，表面幾何特征變化較大，相鄰掃描站點間距離相對縮短，分塊相對較小，以保證數(shù)據(jù)的有效性。

3.按照權利要求1所述的一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)的測量方法，其特征于：所述步驟四具體為

無人機按照預定的路線，并執(zhí)行組合操控指令所設定的一系列動作達到掃描站點，無人機自動尋找測量站點并停靠，無人機飛行動作包括無人機飛行速度調整動作、無人機方向調整動作、無人機高度調整動作、無人機懸停動作中的一種或多種，保證無人機飛行過程中不碰觸船體結構件及障礙物，無人機帶有拍攝裝置，用于拍攝周圍的圖像，并通過無線連接實時傳輸給移動終端，移動終端接收無人機返回的圖像并存儲，便于操作者實時觀察無人機所處的位置和周邊的結構。

4.按照權利要求1所述的一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)的測量方法，其特征于：所述步驟五具體為

移動終端發(fā)送啟動指令給三維激光掃描儀，掃描儀自動啟動，根據(jù)貨艙容積設置分辨率，對于艙容較小的貨艙，設置中等分辨率掃描，當艙容較大，貨艙表面復雜或表面積水潮濕時采用高等分辨率掃描；三維激光掃描儀進行貨艙的分塊全景掃描，得到點云數(shù)據(jù)，無人機將掃描儀掃描的數(shù)據(jù)通過無線連接傳輸給移動終端，移動終端接收無人機返回的數(shù)據(jù)并存儲，在移動終端的顯示屏上查看掃描的數(shù)據(jù)是否有遺漏，如有遺漏再次通過移動終端發(fā)送啟動指令給三維激光掃描儀，進行掃描，從而得到完整連續(xù)的全景數(shù)據(jù)，即點云數(shù)據(jù)。

5.按照權利要求1所述的一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)的測量方法，其特征于：所述步驟六具體為

將掃描得到的點云數(shù)據(jù)導入后處理軟件中，對點云數(shù)據(jù)進行后處理，包括點云配準、點云濾波、點云空洞修補及點云分割；點云配準，即對掃描站點的掃描數(shù)據(jù)進行坐標變換，將其置于步驟一中布置的已知三維坐標的基準測量站點的中心處，使其位于同一坐標系內，將相鄰的兩個掃描站點重疊的數(shù)據(jù)進行合理分割，并進行整個貨艙數(shù)據(jù)拼接，完成貨艙云點數(shù)據(jù)的處理；然后對點云數(shù)據(jù)進行分割，將艙壁和各種管路、墩子、肘板和扶強材實體分割出來，便于進一步的重建模型。

6.按照權利要求1所述的一種基于無人機的艙容測量系統(tǒng)的測量方法，其特征于：所述步驟七具體為

將處理過的點云數(shù)據(jù)導入到三維建模軟件中，生成貨艙表面和管路的三維模型；船艙的實體模型由大量初等解析曲面如平面、球面、圓柱面、圓錐面及部分自由曲面組成，將測量數(shù)據(jù)按照實物原型的幾何特征進行分割成不同的數(shù)據(jù)塊，使位于同一數(shù)據(jù)塊內的數(shù)據(jù)點以一張?zhí)囟ǖ那鎭肀硎荆槍Σ煌臄?shù)據(jù)塊采用不同的曲面建模方案進行重新建模，最后將這些曲面拼接成實體；對于較小次要的管路和構件，根據(jù)設計圖紙中的尺寸進行建模。