【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利水电工程领域，特别涉及一种引水隧洞表面点云数据3d可视化方法。
技术介绍
1、引水隧洞普遍深埋地下，洞线长、洞径大、地应力高、外水压力大、围岩地质条件复杂等特征显著，长年运行可能会出现变形、裂缝、塌方、淤积等典型缺陷，如不加以防范会造成输水隧洞断裂垮塌、管路沉降、有压管道爆管等事故,威胁城市的稳定和发展,社会危害特别严重。
2、目前，引水隧洞检查普遍采用放空后人工巡视检查或缺陷素描、断面测量、物探等手段，存在诸多不利因素:大直径隧洞拱肩及洞顶等部位抵近困难，易造成漏检；人工测量断面间距大，检测数据有限且不连续，局部变形难以体现；长距离隧洞洞内黑暗潮湿、通风条件差，人身安全风险大；放空隧洞耗时长，影响经济效益及供水需求；放空隧洞的充放水过程影响隧洞结构安全。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种引水隧洞表面点云数据3d可视化方法，解决了人工检测易漏检、成效差、危险系数高的技术问题，且无需放空隧洞，避免充放水过程影响隧洞结构安全，降低了经济成本。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种引水隧洞表面点云数据3d可视化方法，包括以下步骤：
4、s1：通过声呐扫描获得原始声呐数据；
5、s2：对所述原始声呐数据进行去噪处理获得初筛声呐数据；所述初筛声呐数据的格式包括角度信息数据与回波距离信息数据；
6、s3：通过水下无人潜行器的惯导信息获取行进轨迹数据，将所述角度信息数据、
7、s4：对所述原始点云数据进行去噪、校准、配准与融合，获得基本点云数据；
8、s5：检验基本点云数据的精度，当精度低于预设阈值时，则将所述基本点云数据判断为不合格，返回上一步骤；
9、s6：通过贪婪投影三角化算法实现引水隧洞的3d可视化。
10、进一步的，所述s2还包括：
11、所述去噪处理包括过滤直达波信号和高次波信号，提取所述原始声呐数据的最优回波区域；
12、根据原始声呐数据的声呐强度信息，获取最优回波点，公式如下：
13、
14、t(r)＝s
15、其中，t(r)为每一帧的声纳数据，s为声纳强度信息，r为采样点距；所述最优回波点是通过对t(r)进行二阶导后的最小值即为声纳强度第一个极大值，求得f(x)最大值，即为最优回波点。
16、进一步的，所述s3中的点云坐标格式具体包括：
17、以所述角度信息数据和所述回波距离信息数据作为点云坐标的第一维度和第二维度，所述行进轨迹数据作为点云坐标的第三维度。
18、进一步的，所述s4中的去噪具体包括：
19、通过统计滤波算法，按照高斯分布去除原始点云数据中明显分布稀疏的离群点；
20、通过双边滤波算法，重新定义点的法向量实现点云数据平滑；所述法向量的方法与全向声呐每一帧的方向一致。
21、进一步的，所述s4中校准具体包括：
22、对水下无人潜行器的姿态进行归一化，即根据水下无人潜行器的姿态，在位置不变的情况下，通过各个时刻所述水下无人潜行器的姿态变换矩阵将姿态归一化，与水下无人潜行器的初始姿态一致，以校准点云坐标；所述校准公式如下：
23、
24、其中，为原始点云坐标，r(γ)r(β)r(α)为水下无人潜行器姿态变换矩阵，α为横滚角，β为俯仰角，γ为航向角，为水下无人潜行器姿态归一化后的点云坐标；
25、所述姿态变换矩阵通过旋转矩阵r来实现：
26、设水下无人潜行器的初始时刻姿态为(α0，β0，γ0)，其他时刻姿态为(αt，βt,γt)，构建不同位置的旋转矩阵r，公式如下：
27、
28、通过旋转矩阵r对点云坐标进行校准，使各个位置姿态与初始姿态一致。
29、进一步的，所述s4中的配准与融合具体包括：
30、获取隧洞剖面特征，根据隧洞剖面特征一致性原则进行粗配准；再采用迭代ipc算法进行细配准；多次、多段采集隧洞信息进行配准融合；
31、所述隧洞剖面特征一致性原则为隧洞的整体形状固定，截断面相同；
32、所述粗配准利用中轴向量，获得不同时刻的旋转矩阵rt；
33、所述细配准是根据粗配准得到的旋转矩阵或上一次迭代计算出的变换矩阵rk和tk，设置源点云与目标点云，在源点云中选择随机点与在目标点云中查询最近点，所述随机点与所述最近点组成对应点，所述源点云表示为s＝{s1，s2，s3，...，sn}，所述目标点云表示为p＝{p1，p2，p3，...，pn}，其中点si与pi组成对应点；
34、计算位姿变换后的误差e，不断迭代直至误差小于预设的阈值ε6或者达到迭代次数imax；最后求解出计算最优变换矩阵r和t，实现原始点云数据配准：
35、
36、其中求解所述最优变换矩阵是利用点云去中心质点化后获得h矩阵，然后对h矩阵进行svd降解获得旋转矩阵r与平移矩阵t；所述h矩阵公式如下：
37、设表示源点云的质心，表示目标点云的质心，令
38、
39、
40、
41、对所述h矩阵进行svd分解得到：
42、h＝u∑vt，
43、则旋转矩阵r为：
44、r＝vut，
45、平移矩阵t为：
46、
47、进一步的，所述s5具体包括：
48、获取基本点云数量n、空洞比和隧洞半径r，与先验的隧洞模型对比精度，当精度低于预设阈值时，则将所述基本点云数据判断为不合格，重新进行点云去噪。
49、相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
50、填补了目前国内针对水下隧洞声纳三维重建领域空白，利用二维全向声纳实现引水隧洞表面可视化显示，弥补人工检测的成果不足，打破国外技术封锁，提高声纳点云数据预处理的效率与精度，提高隧洞重建精度，便于引水隧洞运营期间的维护与管理。
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1.一种引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，所述S2还包括：
3.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，所述S3中的点云坐标格式具体包括：
4.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，所述S4中的去噪具体包括：
5.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，所述S4中校准具体包括：
6.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，所述S4中的配准与融合具体包括：
7.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3D可视化方法，其特征在于，所述S5具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种引水隧洞表面点云数据3d可视化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3d可视化方法，其特征在于，所述s2还包括：
3.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3d可视化方法，其特征在于，所述s3中的点云坐标格式具体包括：
4.根据权利要求1所述的引水隧洞表面点云数据3d可视化方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋轲，张学武，魏世峰，
申请(专利权)人：慧芯加苏州智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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