建造水下结构的三维模型制造技术

本发明专利技术披露了一种可用于扫描水下结构的方法和系统。所述方法和系统使得使用者能够对现有的水下结构有更好的了解。例如，所述方法和系统允许建造水下结构的三维模型。声纳波被导向水下结构，并且反射的声纳波被接收。初始的3D数据点从所反射的声纳波获得，并被设置成提供水下结构的三维图像。水下结构的工作对准/比对模型通过初始的数据点生成。随着新的3D声纳数据被采集，所述新的3D声纳数据与对准/比对模型对准/比对并被添加至所述对准/比对模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】建造水下结构的三维模型本申请要求申请日为2010年10月25日、专利技术名称为“BHLDING A THREEDIMENTIONAL MODEL OF AN UNDERWATER STRUCTURE” 的美国临时申请 N0.61/406，444 的优先权，并且该专利文献在此以其全文形式被结合入本文作为引用。
本专利技术涉及通过扫描水下结构采集声纳数据以便由所采集的信息建造现有水下结构的三维模型。
技术介绍
有许多水下结构和其它设备，可能需要对其有更好的了解。这种更好的了解对于例如获得水下结构的信息以便可建造水下结构的模型可能是有用的。目前检查水下结构的方法包括利用潜水员、远程操纵潜水器(ROV)和自主式水下航行器(AUV)进行检查。所述建造模型的问题经常被称为同时定位与地图创建(SLAM)。
技术实现思路
本专利技术披露了可用于扫描水下结构的方法和系统，以便对水下结构有更好的了解，例如，用于建立水下结构的三维模型，所述水下结构的三维模型可用于引导水下结构的检查、维修和操纵。本文中的方法和系统可用于扫描任何类型的水下结构。例如，水下结构包括人造物体，例如海洋石油平台支撑结构和支柱和油井类设备，以及自然物体例如水下山脉、并且可包括全部或部分在水下的结构。水下结构还可以包括固定和非固定的结构，例如在水下环境中可能经受漂移的结构。一般地说，水下结构表示为任何具有深度变化的任意三维结构并且可具有不同的复杂性。当在本文中使用时，术语水下包括任何类型的水下环境，其中可能探明有水下结构并且可能需要利用本文所述的系统扫描所述水下结构，包括但不限于咸水地点例如海和洋以及淡水地点。在一个实施例中，建造水下结构的三维模型的方法包括将声波声纳波引向水下结构，和接收来自将声波声纳波引向水下结构的响应。声波声纳被设置为基于三维图像的声纳，其中某一频率的脉冲为接收器提供数据以便生成三维图像。也就是说，数据点由响应获得，并且数据点被设置成提供水下结构的三维图像。根据从所获得的数据点生成水下结构的对准(比对)模型。另一声波声纳波被引向水下结构并接收到另一个响应，所述另外的声波声纳波也是基于三维图像的声纳波。从另外的响应获得新的数据点，并且新的数据点被设置成提供水下结构的三维图像。所获得的新的数据点的样本与对准(比对)模型对准(比对)，并利用所述新的数据点建造水下结构的三维模型。在一个实施例中，希望具有声纳传感器系统，所述声纳传感器系统可以在水下航行器上执行所述模型建造方法。水下航行器是例如但不限于自主式水下航行器(AUV)和远程操纵水下航行器(ROV)中的一种。当在本文中使用时，ROV是被线缆栓系至主机(主航行器)例如水面船只的远程操纵水下航行器。ROV是无人的并由主机(主航行器)上的操纵员操作。系缆可在主机和ROV之间来回传送例如电力(取代或补充自含式系统上的电池电源)、视频和数据信号。当在本文中使用时，AUV是无人驾驶(操纵)的并且不被栓系至主航行器(vessel)的自主式水下航行器。关于声纳系统，在一个实施例中，所述用于建造水下结构的三维模型的系统包括水下航行器上的传感器。所述传感器被设置成引导声波声纳波朝向水下结构。所反射的声波声纳波被处理成三维(3D)图像。数据存储器被设置在水下航行器上，被设置成接收来自传感器的3D图像。数据处理器也存在于水下航行器上。数据处理器被设置成获得来自数据存储器的传感器数据点，所述数据点被设置成提供水下结构的三维图像。所述处理器被设置成由所获得的数据点生成水下结构的对准(比对)模型。当通过传感器获得新的声纳数据时，数据存储器可以从传感器接收水下结构的3D图像，所述处理器被设置成从数据存储器获得新的3D图像数据点。所述处理器被设置成将所获得的新的数据点与对准(比对)模型对准(比对)，并将对准(比对)的数据点添加到对准(比对)模型。在完成该过程时，对准(比对)模型表示水下结构的三维模型。【附图说明】图1示出用于建造水下结构的三维模型的方法的一个实施例的流程图。图2示出用于处理声纳数据和位置方向信息以便建造水下结构的三维模型的一个实施例的流程图。图3示出将来自声纳响应的信息与水下结构物的对准(比对)模型(AlignmentModel)进行比较的一个实施例的流程图，其可被应用于图1所示的方法。图4示出从声纳响应获得的信息的过滤过程的流程图，其可被应用于图1所示的方法。图5示出了用于建造水下结构的三维模型的系统的示意图。【具体实施方式】图1示出了用于建造现有水下结构的三维模型的方法10的一个实施例的流程图。一般，所述方法通过利用水下航行器的惯性导航能力连同基于特征的传感器例如声纳成像传感器和生成水下结构的对准(比对)模型或工作模型的处理器来实施。将新获得的声纳数据与对准(比对)模型对准(比对)。当获得新数据时更新和参考工作模型，从而建造水下结构的三维模型。在许多情况，模型建造可以在水下航行器上并实时进行。例如，可以在约一秒或更短的时间内完成发送3D声纳脉冲、从其接收数据、过滤数据、并将其与在先模型对准(比对)的过程。方法10包括引导声波声纳波朝向水下结构。在引导声波声纳波后，在步骤12接收通过引导声波声纳波朝向水下结构的响应。例如，在步骤12，声纳波从所述结构被反射并被接收。应当理解，所接收到的声波声纳波由声纳处理成三维图像，即声纳是三维(3D)成像声纳。3D成像声纳可以是任何3D声纳，由单个传送的声纳脉冲或声纳脉冲信号的反射的声纳信号形成3D图像。合适的3D声纳的一个示例是从CodaOctopus Products可购得的CodaOctopus Echoscope。应当理解,3D声纳可被调整并被设置成指向水下结构，以便它可向水下结构发送声纳脉冲并可被定向成相对于纵向(垂直方向)成不同的希望的角度和不同的视角并距离水下结构有(不同的希望的)距离。应当理解，惯性导航系统是已知的，并且用于确定水下航行器的位置、方向和速率(例如，运动的方向和速度)。惯性导航系统可包括多普勒速度计程仪(DVL)单元，所述多普勒速度计程仪(DVL)单元面向下用于确定速率，但应当理解，惯性导航系统可以是可确定位置、方向和速率(例如，运动的方向和速度)的任何系统。合适的惯性导航系统的一个示例是可从 Kearfott Corporation 购得的 SEA DeVil ?一旦通过三维成像声纳接收到响应，在步骤14获得数据点，其被设置成提供水下结构的三维图像。随后在步骤16数据点被用于生成工作对准(比对)模型，所述模型会被用于作为水下结构的在先存在的3D模型与随后的3D图像对准(比对)。在步骤18通过重复步骤12和14采集其它声纳数据，并且在步骤20将获得的新的3D数据点进行对准(比对)并在步骤22添加至对准(比对)模型。关于对准(比对)步骤20，在一个实施例中，其它的3D声纳数据与对准(比对)模型进行对准(比对)。在对准(比对)期间，采用将数据与对准(比对)模型匹配(拟合)的迭代过程。在一些实施例中，该迭代过程是基于来自多个3D声纳脉冲的数据的。通过将新的数据与对准(比对)模型进行对准(比对)并将所对准(比对)的数据添加至对准(比对)模型，在步骤22建造水下结构的三维模型。由于对准(比对)模型是三维水下结构的工作模型，用新进入(接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种建造水下结构的三维模型的方法，包括：引导声波声纳波朝向水下结构；接收从水下结构反射的声波声纳波；通过从水下结构反射的声波声纳波获得3D数据点，所述3D数据点被设置成提供水下结构的三维图像；从所获得的数据点生成水下结构的对准模型；引导另一声波声纳波朝向水下结构并接收从水下结构反射的另一声波声纳波，所述另一声波声纳波被设置成被处理成水下结构的三维图像；从所接收到的另一响应获得新的3D数据点，所述新的数据点被设置成提供水下结构的三维图像；将所获得的新的数据点的样本与对准模型对准；和通过新的数据点建造水下结构的三维模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.25 US 61/406,444;2011.10.25 US 13/280,9321.一种建造水下结构的三维模型的方法，包括: 引导声波声纳波朝向水下结构； 接收从水下结构反射的声波声纳波； 通过从水下结构反射的声波声纳波获得3D数据点，所述3D数据点被设置成提供水下结构的三维图像； 从所获得的数据点生成水下结构的对准模型； 引导另一声波声纳波朝向水下结构并接收从水下结构反射的另一声波声纳波，所述另一声波声纳波被设置成被处理成水下结构的三维图像； 从所接收到的另一响应获得新的3D数据点，所述新的数据点被设置成提供水下结构的三维图像； 将所获得的新的数据点的样本与对准模型对准；和 通过新的数据点建造水下结构的三维模型。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水下结构是非固定的。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述水下航行器是自主式水下航行器或远程操纵潜水器中的一种。4.根据权利要求1所述的方法，其中获得数据点和获得新的数据点的步骤包括过滤通过引导声波声纳波朝向水 下结构所接收到的响应。5.根据权利要求1所述的方法，其中对准步骤包括对来自多个声波声纳脉冲的数据点重复进行匹配过程，所述匹配过程包括调整所采样的新的数据点以便与所生成的对准模型匹配。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·H·德布伦纳，A·K·费廷格尔，C·L·贝克，
申请(专利权)人：洛克希德马丁公司，
类型：
国别省市：