一种仰扫式船舶三维模型构建方法技术

一种仰扫式船舶三维模型构建方法，首先通过超声波传感器阵列模块、水位计模块分别检测门距船底的间距H和门距水面的间距C，然后数据采集与接收模块缓存门距船底的间距H与门距水面的间距C的值，传给数据处理模块，数据处理模块计算出船舶的部分吃水值后，通过数据补偿算法得到完整的船舶吃水值，最后三维显示模块采用基于OpenGL的3D显示算法，将船舶吃水值转化为三维空间的绘图，并在客户端实时显示船舶通行过程中的三维立体模型。本发明专利技术现了将船舶吃水测量与船舶三维模型显示集成于一体，增强了人机交互并提高了系统工作效率，大大提高了船舶附近工作人员以及通航管理中心与船舶进行信息交互的直观性与便捷性，方便了管理部门的指挥工作。

A Method of Building Three-Dimensional Model of Upward Sweeping Ship

【技术实现步骤摘要】
一种仰扫式船舶三维模型构建方法
本专利技术涉及船舶三维模型
，具体是一种仰扫式船舶三维模型构建方法。
技术介绍
现有的仰扫式船舶吃水检测系统，由超声波水下测距阵列、水位计、温度传感器、姿态传感器、声速传感器等设备组成。其中主要通过安装在航道底部的超声波传感器阵列对船舶吃水深度进行测量。船舶吃水深度值对于检测船舶超载以及安全预警具有重要的意义。然而，现有的仰扫式吃水检测系统只能实时地采集并记录船舶部分的吃水值，难以直观地反映整个船舶在航道通行过程中的吃水变化情况以及船底的运动情况，并且采集到的信息无法直观地与现场工作人员和船舶通航管理中心的信息系统进行快速共享和交互。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种仰扫式船舶三维模型构建方法，采用数据补偿算法，将船舶的部分吃水值补偿为完整的船舶吃水值，然后采用基于OpenGL的3D显示算法对船舶吃水值进行三维绘图，并构建实时的、动态的船舶通航过程中的三维模型图，并在客户端直观地显示。本专利技术采取的技术方案为：一种仰扫式船舶三维模型构建方法，首先通过超声波传感器阵列模块、水位计模块分别检测门距船底的间距H和门距水面的间距C，然后数据采集与接收模块缓存门距船底的间距H与门距水面的间距C的值，传给数据处理模块，数据处理模块计算出船舶的部分吃水值后，通过数据补偿算法得到完整的船舶吃水值，最后三维显示模块采用基于OpenGL的3D显示算法，将船舶吃水值转化为三维空间的绘图，并在客户端实时显示船舶通行过程中的三维立体模型。本专利技术一种仰扫式船舶三维模型构建方法，技术效果如下：1：实现了将船舶吃水测量与船舶三维模型显示集成于一体，增强了人机交互并提高了系统工作效率，解决了仅有吃水测量数据，而无直观立体图像带来信息交互困难的问题，大大提高了船舶附近工作人员以及通航管理中心与船舶进行信息交互的直观性与便捷性，方便了管理部门的指挥工作。2：构建此完整的三维模型只需部分的船舶吃水值，这种方式大大节约了设备资源，减少了安装工作量。3：三维显示部分采用的是采用基于OpenGL的3D显示算法，可以通过基于Java的3D显示算法进行船舶模型显示，将具有更好的船舶三维模型显示效果。4：数据处理模块，通过算法判断出对船舶的中心轴位置，根据中心轴左半部分的吃水值由对称算法构建出另一半的船舶三维模型，从而得到完整的船舶三维模型。这种数据补偿的方法大大减少了传感器设备的资源消耗与安装工作量。5：三维模型显示模块，采用基于OpenGL的3D显示算法船舶吃水值转化成船舶通行过程中的三维立体模型图，并在客户端进行实时的直观显示，大大方便了船舶管理部门的信息交互与指挥工作。附图说明图1为仰扫式吃水检测系统示意图。图2为船舶三维模型构建方案的框架图。图3为船舶吃水值数据处理算法流程图。其中：1-超声波传感器阵列模块，2-水位计模块，3-数据采集与接收模块，4-数据处理模块，5-三维显示模块，6-检测门，7-航道，8-船舶，L0-水面。具体实施方式一种仰扫式船舶三维模型构建方法，首先通过超声波传感器阵列模块1、水位计模块2分别检测门距船底的间距H和门距水面的间距C，然后数据采集与接收模块3缓存门距船底的间距H与门距水面的间距C的值，传给数据处理模块4，数据处理模块4计算出船舶的部分吃水值后，通过数据补偿算法得到完整的船舶吃水值，最后三维显示模块5采用基于OpenGL的3D显示算法，将船舶吃水值转化为三维空间的绘图，并在客户端实时显示船舶通行过程中的三维立体模型。超声波传感器阵列模块1：采用型号MH-C超声波传感器，其工作频率为20～2000KHz，波束角为8～10度，防护等级为IP68，最小分辨率达1mm，是一款高性能的超声波传感器。该模块由多个超声波传感器组成，安装在航道底部的检测门上。超声波传感器通过电缆输出4-20mA的电流信号并经由RS485的传输方式将测量数据传输到数据采集与接收模块。水位计模块2：采用型号SST-968的数字化液位变送器，内部为传感器压力敏感元件，将实时水位值转换成相应的电流，通过电缆输出4-20mA两线制的标准电流信号。数据采集与接收模块3：采用基于ARM系列的高性能处理器进行数据采集、处理与远程传输。它通过内置数据采集传输指令启动超声波接收探头和水下压力传感器模块的数据采集，并将采集得到的数据传输至数据处理模块。数据处理模块4：该模块首先根据ARM处理器采集传输的数据计算出被测船舶的部分吃水深度，然后通过一系列逻辑条件对船舶中心轴位置进行判断，并采用数据补偿算法得到完整的船舶吃水值，最后结果传输给三维显示模块。三维显示模块5：采用基于OpenGL的3D显示算法，将船舶吃水值转化为船舶吃水的三维立体模型，并实时地传输到客户端。客户端采用安装在升船机承船厢中的大型的液晶彩色显示屏进行显示。具体包括以下步骤：步骤1：在数据处理模块4中，首先由D=门距船底的间距H-门距水面的间距C计算出船舶吃水值，用于船舶三维模型中吃水值的显示，并将D的值缓存到一个5行的数组M中，该数组每一行表示一个时刻超声波传感器阵列模块1采集到的吃水值，其行长度与传感器个数相等，实际中超声波传感器阵列模块1长度覆盖了一半以上的航道距离，故数组M的值，代表以船舶中心轴为界限的船舶右半部分以及部分左半区域的吃水值。步骤2：在得到船舶航行过程中的吃水值数组M之后，对数组M的每一行进行排序，可以得到每一行的最小值Dmin，然后保存数组M中Dmin及Dmin左边的所有数据，剔除Dmin右边的所有数据，得到另一个数组N。由于船舶航行过程中，船舶中心线对应的船舶纵向切面的吃水值永远是最大的，故由Dmin左半部分组成的数组N代表船舶航行过程中船舶中心轴及其一半的吃水值，在得到数组N之后，由于船舶关于中心轴对称，将数组M中Dmin左边的所有数据数组N合并，得数组P，则数组P即为船舶平行航道平稳行进过程中的吃水值矩阵。步骤3：当中心轴出现偏移时，首先查找数组M第一行的最小值Dmin，它代表船舶中心轴起点位置对应的吃水值，其次对数组M的每一行建立一个循环查询的算法，即查询第二行及后面行的最小值Dmin的位置(Di，Dj’)(2≤i,j,j’≤5)是否与第一行中的Dmin位置(D1，Dj)相同；然后建立移位处理算法，当某一行的Dmin发生左移时则将该行数值整体右移相同的位数，反之左移相同的位数，即确保最终中心轴的吃水值在数组中的位置处于不变；最后对经移位调整的数据重新组合处理，得到新的吃水值数组M1，以及新的数组N1和P1，数组P1即为船舶中心轴出现偏移时的吃水值矩阵。步骤4：在最终得到的船舶航行过程中吃水值数组P1之后，采用基于OpenGL的3D显示算法，将吃水值转化为三维空间的绘图，从而显示出船舶的三维模型。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仰扫式船舶三维模型构建方法，其特征在于：首先通过超声波传感器阵列模块（1）、水位计模块（2）分别检测门距船底的间距H和门距水面的间距C，然后数据采集与接收模块（3）缓存门距船底的间距H与门距水面的间距C的值，传给数据处理模块（4），数据处理模块（4）计算出船舶的部分吃水值后，通过数据补偿算法得到完整的船舶吃水值，最后三维显示模块（5）采用基于OpenGL的3D显示算法，将船舶吃水值转化为三维空间的绘图，并在客户端实时显示船舶通行过程中的三维立体模型。

【技术特征摘要】
1.一种仰扫式船舶三维模型构建方法，其特征在于：首先通过超声波传感器阵列模块（1）、水位计模块（2）分别检测门距船底的间距H和门距水面的间距C，然后数据采集与接收模块（3）缓存门距船底的间距H与门距水面的间距C的值，传给数据处理模块（4），数据处理模块（4）计算出船舶的部分吃水值后，通过数据补偿算法得到完整的船舶吃水值，最后三维显示模块（5）采用基于OpenGL的3D显示算法，将船舶吃水值转化为三维空间的绘图，并在客户端实时显示船舶通行过程中的三维立体模型。2.根据权利要求1所述一种仰扫式船舶三维模型构建方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：在数据处理模块（4）中，首先由D=门距船底的间距H-门距水面的间距C计算出船舶吃水值，用于船舶三维模型中吃水值的显示，并将D的值缓存到一个5行的数组M中，该数组每一行表示一个时刻超声波传感器阵列模块（1）采集到的吃水值，其行长度与传感器个数相等，实际中超声波传感器阵列模块（1）长度覆盖了一半以上的航道距离，故数组M的值，代表以船舶中心轴为界限的船舶右半部分以及部分左半区域的吃水值；步骤2：在得到船舶航行过程中的吃水值数组M之后，对数组M的每一行进行排序，可以得到每一行的最小值Dmin，然后保存数组M中Dmin及D...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向辉，杨鹏，熊木地，刘泽荣，
申请(专利权)人：中国长江电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42