[發(fā)明專利]一種光學(xué)分布式測量系統(tǒng)布局優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113449448B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林嘉睿;邾繼貴;楊凌輝;任永杰;孫巖標(biāo);馬慧宇
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06F111/04;G06F111/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉同欣

1.一種光學(xué)式分布式測量系統(tǒng)布局優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：在待測區(qū)域設(shè)置若干待測量點和測量儀器單元，其中所述待測區(qū)域中還存在障礙物，各測量儀器單元和待測量點相距一定距離；

步驟2：建立世界坐標(biāo)系O-XYZ，將待測區(qū)域的三維空間劃分為網(wǎng)格，離散化三維空間；

獲取待測區(qū)域的坐標(biāo)，以及獲取各測量儀器單元坐標(biāo)及其有效測量范圍，判斷所述待測量點能否被測量；獲取待測量點的坐標(biāo)及其有效被測角度，判斷該待測量點能否被各測量儀器單元測量；獲取待測量區(qū)域中障礙物模型和坐標(biāo)，利用光線交會判斷模型判斷從測量儀器單元到待測量點的光線是否被障礙物阻擋，如果處于待測量點有效被測范圍內(nèi)的測量儀器單元數(shù)量無法滿足最低數(shù)量要求，則該待測量點無法被測量；若所述測量儀器單元無法測量大于一定個數(shù)比例的待測量點，將所述測量儀器單元標(biāo)記為無效測量儀器單元；

其中，所述步驟2中測量儀器單元的有效測量范圍、待測量點的有效被測范圍模型、以及障礙物阻擋從測量儀器單元到待測量點的光線的判斷具體包括如下步驟：

步驟2-1，以測量儀器單元的有效測量距離確定有效測量范圍模型為：

式中，(x,y,z)為待測量點在測量儀器單元坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，d_min為測量儀器單元的最小測量距離，d_max為最大測量距離；當(dāng)(x,y,z)不滿足上式時，該待測量點無法被該測量儀器單元測量；

針對測量儀器單元的有效測量范圍，對于任意一個待測量點，其在某一測量儀器單元下的坐標(biāo)需要滿足步驟2-1中的公式才能夠被該測量儀器單元測量；

步驟2-2，對于待測量點存在一定被測角度的系統(tǒng)，有效被測范圍模型為：

式中，O為待測量點的位置，R為測量儀器單元的位置，θ為待測量點的被測扇形角，為被測扇形角的朝向向量，即平分待測量點被測扇形角的單位向量；當(dāng)上式無法滿足時，待測量點的被測范圍阻擋了從測量儀器單元到待測量點的光線；若處于待測量點有效被測范圍內(nèi)的測量儀器單元數(shù)量無法滿足最低數(shù)量要求，則該待測量點無法被測量；

步驟2-3，障礙物阻擋從測量儀器單元到待測量點的光線的判斷模型：

量化障礙物和光線，障礙物的幾何信息被分解為多個平面三角形，其模型信息被存儲為各個三角形的頂點坐標(biāo)，法向量或頂點順序，光線為一條從測量儀器單元到待測量點的有向線段；利用下式表達(dá)光線模型和光線與障礙物的相交點模型：

ON＝(1-p-q)OS₁+pOS₂+qOS₃

OM＝uON

式中，O為測量儀器單元坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點，在測量儀器單元坐標(biāo)系下，待測量點為M，ΔS₁S₂S₃為障礙物的某一個三角形，S₁，S₂，S₃為三角形的三個頂點，OM表示從測量儀器單元到待測量點的光線；N光線與障礙物的相交點，u，p，q為比例系數(shù)；當(dāng)滿足下式時，OM與ΔS₁S₂S₃相交，即光線OM被障礙物阻擋，測量儀器單元無法對待測量點進(jìn)行測量：

將光線與障礙物的每一個三角形進(jìn)行相交判斷，若有任何一個三角形與光線相交，則光線被遮擋，即待測量點無法被該測量儀器單元測量；

步驟3：根據(jù)步驟2獲得的參數(shù)和判斷結(jié)果，并根據(jù)所述測量儀器單元對待測量點的覆蓋范圍、定位誤差和預(yù)設(shè)的測量成本，計算測量儀器單元布局優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值；

步驟4：將現(xiàn)有的測量儀器單元組成為一種測量方案，判斷所述測量方案是否滿足步驟3獲得的優(yōu)化模型中的約束函數(shù)，如果滿足，輸出布局優(yōu)化模型；

否則，去除步驟2中獲得的無效測量儀器單元，新增加一個測量儀器單元，其中所述新增加的測量儀器單元的位置設(shè)置于網(wǎng)格交點處，并返回執(zhí)行步驟2；直至滿足約束函數(shù)要求或達(dá)到預(yù)先設(shè)定的迭代次數(shù)后，輸出測量方案；

其中，所述新增加的測量儀器單元的位置利用群智能優(yōu)化算法，將步驟3中獲得的目標(biāo)函數(shù)作為適應(yīng)度，進(jìn)行迭代計算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)式分布式測量系統(tǒng)布局優(yōu)化方法，其特征在于，當(dāng)所述待測量點同時滿足步驟2-1、步驟2-2、和步驟2-3的條件時，所述被測量點能夠被測量。