一种基于无人机的舱容测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无人机的舱容测量系统及其测量方法，包含移动终端、无人机、三维激光扫描仪和三维数据处理系统，移动终端与无人机无线连接，三维激光扫描仪固定在无人机上并且三维激光扫描仪与移动终端无线连接，移动终端内安装三维数据处理系统。本发明专利技术实现从舱室尺寸测量、舱室重新建模和扣除舱内构件后容积计算的全部智能化，同时迅速快捷地输出用户所需舱容表，提高了舱容测量的精度和效率。提高了舱容测量的精度和效率。提高了舱容测量的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机的舱容测量系统及其测量方法


[0001]本专利技术涉及一种舱容测量系统及其测量方法，特别是一种基于无人机的舱容测量系统及其测量方法，属于船舶容积测量领域。

技术介绍

[0002]船舶舱室容量测量，即通过测量船舱的尺寸计算船舱的实际容积。对于LNG液化天然气船、LPG液化石油气船、油轮、化学品船，由于货物的价值较高，精确的舱容对船东的营运非常重要，同时货物进出口时有些国家的海关或相关部门会审核舱容表。舱容及相应的装货量也是船东非常关心的项目，因此船东往往会要求第三方鉴定机构测量货舱的舱容。随着国内造船技术的快速发展，LNG、LPG船、化学品船等高附加值船舶的订单逐步增加，舱容测量的业务也在迅速增加。
[0003]船舶舱室的精确、快速测量是船舶舱室容量计量等部门迫切需要的专业化技术手段，目前国内对船舱容积的测量方法主要包括几何测量法、容量比较法及混合测量法，这些舱容测量方法均存在不足，传统的舱容测量方法需要多名人员协同作业，而且测量时间长达1个多月，对船舶坞期造成一定的影响，因此，目前需要提高舱容积计量的精度和效率，降低舱容积计量对建造施工周期的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于无人机的舱容测量系统及其测量方法，提高舱容测量的精度和效率。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于无人机的舱容测量系统，其特征在于：包含移动终端、无人机、三维激光扫描仪和三维数据处理系统，移动终端与无人机无线连接，三维激光扫描仪固定在无人机上并且三维激光扫描仪与移动终端无线连接，移动终端内安装三维数据处理系统。
[0006]进一步地，所述移动终端包含第一处理器、显示屏、第一内存储器、第一通信装置和输入装置，第一处理器用于控制无人机拍摄，显示屏与第一处理器连接用于显示无人机的飞行路线与操作提示，第一内存储器与第一处理器连接用于为操作系统提供缓存，第一通信装置与第一处理器连接用于与无人机进行无线通信，输入装置与第一处理器连接用于输入操作信息；所述输入装置包含物理按钮、轨迹球、触控板和与显示屏重叠的触控层，触控层与显示屏组合构成触控屏；显示屏为液晶显示屏或柔性显示屏。
[0007]进一步地，所述无人机包含第二处理器、第二内存储器、第二通信装置、飞行驱动装置和定位装置，第二处理器用于控制无人机工作，第二内存储器与第二处理器连接用于为操作系统提供缓存，第二通信装置与第二处理器连接用于与移动终端进行无线通信，飞行驱动装置与第二处理器连接用于控制无人机的无人机飞行动作，定位装置与第二处理器连接用于定位无人机的位置；所述飞行驱动装置通过控制无人机的飞行速度和飞行方向控制无人机飞行动作，采用网络RTK定位技术或者激光雷达定位技术；所述三维激光扫描仪包
含无线控制模块，无线控制模块用于接收移动终端发出的指令；三维数据处理系统包含后处理软件和三维建模软件；三维激光扫描仪为脉冲式三维激光扫描仪或相位式激光扫描仪。
[0008]一种基于无人机的舱容测量系统的测量方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：确定扫描站点和无人机移动路线；步骤二：将扫描站点和移动线路输入到移动终端内，移动终端发布指令给无人机；步骤三：装载有三维激光扫描仪的无人机获取启动指令，读取组合操控指令；步骤四：将组合操控指令发送至无人机，使无人机按照预定的路线飞行，并停靠在布置的扫描站点；步骤五：移动终端发布扫描启动指令，三维激光扫描仪启动进行全景扫描，采集船舶货舱的表面点云数据；步骤六：对采集的点云数据进行预处理，包括点云配准、点云滤波、点云空洞修补、点云分割等，删除货舱内施工人员、车辆等非测量要素，将点云数据三维坐标值转换到船体坐标系下，将相邻的两个扫描站点重叠的数据进行合理分割，并进行整个货舱数据拼接，完成货舱云点数据的处理；步骤七：点云数据建模并提取货舱内表面的型值；步骤八：最后根据货舱表面的型值计算实际货舱舱容。
[0009]进一步地，所述步骤一具体为确定扫描路线，扫描站点选择在某空间三维坐标上并自动测量定位，在保证精度的前提下，每个扫描站点最大范围扫描到目标货舱的场景，确保每个扫描站点扫描舱壁时不被遮挡；其中位于船首和船尾部的货舱由于首尾型线收缩，货舱受外部型线的影响，侧面和底部为不规则形状，表面几何特征变化较大，相邻扫描站点间距离相对缩短，分块相对较小，以保证数据的有效性。
[0010]进一步地，所述步骤四具体为无人机按照预定的路线，并执行组合操控指令所设定的一系列动作达到扫描站点，无人机自动寻找测量站点并停靠，无人机飞行动作包括无人机飞行速度调整动作、无人机方向调整动作、无人机高度调整动作、无人机悬停动作中的一种或多种，保证无人机飞行过程中不碰触船体结构件及障碍物，无人机带有拍摄装置，用于拍摄周围的图像，并通过无线连接实时传输给移动终端，移动终端接收无人机返回的图像并存储，便于操作者实时观察无人机所处的位置和周边的结构。
[0011]进一步地，所述步骤五具体为移动终端发送启动指令给三维激光扫描仪，扫描仪自动启动，根据货舱容积设置分辨率，对于舱容较小的货舱，设置中等分辨率扫描，当舱容较大，货舱表面复杂或表面积水潮湿时采用高等分辨率扫描；三维激光扫描仪进行货舱的分块全景扫描，得到点云数据，无人机将扫描仪扫描的数据通过无线连接传输给移动终端，移动终端接收无人机返回的数据并存储，在移动终端的显示屏上查看扫描的数据是否有遗漏，如有遗漏再次通过移动终端发送启动指令给三维激光扫描仪，进行扫描，从而得到完整连续的全景数据，即点云数据。
[0012]进一步地，所述步骤六具体为将扫描得到的点云数据导入后处理软件中，对点云数据进行后处理，包括点云配准、点
云滤波、点云空洞修补及点云分割；点云配准，即对扫描站点的扫描数据进行坐标变换，将其置于步骤一中布置的已知三维坐标的基准测量站点的中心处，使其位于同一坐标系内，将相邻的两个扫描站点重叠的数据进行合理分割，并进行整个货舱数据拼接，完成货舱云点数据的处理；然后对点云数据进行分割，将舱壁和各种管路、墩子、肘板和扶强材实体分割出来，便于进一步的重建模型。
[0013]进一步地，所述步骤七具体为将处理过的点云数据导入到三维建模软件中，生成货舱表面和管路的三维模型；船舱的实体模型由大量初等解析曲面如平面、球面、圆柱面、圆锥面及部分自由曲面组成，将测量数据按照实物原型的几何特征进行分割成不同的数据块，使位于同一数据块内的数据点以一张特定的曲面来表示，针对不同的数据块采用不同的曲面建模方案进行重新建模，最后将这些曲面拼接成实体；对于较小次要的管路和构件，根据设计图纸中的尺寸进行建模。
[0014]进一步地，所述步骤八具体为货舱舱容计算是由货舱曲面或平面所围成的复杂封闭区域的体积计算；体积计算，运用边界曲面的积分方法，将空间三维封闭区域的几何特性计算转化为沿封闭区域的边界曲面的积分；对边界曲面进行三角剖分，由曲面上的个顶点与坐标原点相连构成三棱锥，由3个顶点的坐标值计算其体积；曲面的三角剖分采用映射法，将曲面剖分转化为对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机的舱容测量系统，其特征在于：包含移动终端、无人机、三维激光扫描仪和三维数据处理系统，移动终端与无人机无线连接，三维激光扫描仪固定在无人机上并且三维激光扫描仪与移动终端无线连接，移动终端内安装三维数据处理系统。2.按照权利要求1所述的一种基于无人机的舱容测量系统，其特征在于：所述移动终端包含第一处理器、显示屏、第一内存储器、第一通信装置和输入装置，第一处理器用于控制无人机拍摄，显示屏与第一处理器连接用于显示无人机的飞行路线与操作提示，第一内存储器与第一处理器连接用于为操作系统提供缓存，第一通信装置与第一处理器连接用于与无人机进行无线通信，输入装置与第一处理器连接用于输入操作信息；所述输入装置包含物理按钮、轨迹球、触控板和与显示屏重叠的触控层，触控层与显示屏组合构成触控屏；显示屏为液晶显示屏或柔性显示屏。3.按照权利要求1所述的一种基于无人机的舱容测量系统，其特征在于：所述无人机包含第二处理器、第二内存储器、第二通信装置、飞行驱动装置和定位装置，第二处理器用于控制无人机工作，第二内存储器与第二处理器连接用于为操作系统提供缓存，第二通信装置与第二处理器连接用于与移动终端进行无线通信，飞行驱动装置与第二处理器连接用于控制无人机的无人机飞行动作，定位装置与第二处理器连接用于定位无人机的位置；所述飞行驱动装置通过控制无人机的飞行速度和飞行方向控制无人机飞行动作，采用网络RTK定位技术或者激光雷达定位技术；所述三维激光扫描仪包含无线控制模块，无线控制模块用于接收移动终端发出的指令；三维数据处理系统包含后处理软件和三维建模软件；三维激光扫描仪为脉冲式三维激光扫描仪或相位式激光扫描仪。4.一种权利要求1-3任一项所述的基于无人机的舱容测量系统的测量方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：确定扫描站点和无人机移动路线；步骤二：将扫描站点和移动线路输入到移动终端内，移动终端发布指令给无人机；步骤三：装载有三维激光扫描仪的无人机获取启动指令，读取组合操控指令；步骤四：将组合操控指令发送至无人机，使无人机按照预定的路线飞行，并停靠在布置的扫描站点；步骤五：移动终端发布扫描启动指令，三维激光扫描仪启动进行全景扫描，采集船舶货舱的表面点云数据；步骤六：对采集的点云数据进行预处理，包括点云配准、点云滤波、点云空洞修补、点云分割等，删除货舱内施工人员、车辆等非测量要素，将点云数据三维坐标值转换到船体坐标系下，将相邻的两个扫描站点重叠的数据进行合理分割，并进行整个货舱数据拼接，完成货舱云点数据的处理；步骤七：点云数据建模并提取货舱内表面的型值；步骤八：最后根据货舱表面的型值计算实际货舱舱容。5.按照权利要求4所述的一种基于无人机的舱容测量系统的测量方法，其特征在于：所述步骤一具体为确定扫描路线，扫描站点选择在某空间三维坐标上并自动测量定位，在保证精度的前提下，每个扫描站点最大范围扫描到目标货舱的场景，确保每个扫描站点扫描舱壁时不被遮挡；其中位于船首和船尾部的货舱由于首尾型线收缩，货舱受外部型线的影响，侧面和底
部为不规则形状，表面几何特征变化较大，相邻扫描站点间距离相对缩短，分块相对较小，以保证数据的有效性。6.按照权利要求4所述的一种基于无人机的舱容测量系统的测量方法，其特征于：所述步骤四具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛沛，陆明锋，刘灿波，李林海，时玉华，应续华，
申请(专利权)人：南通中远海运川崎船舶工程有限公司，
类型：发明
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