[发明专利]基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法

权利要求书

1.一种基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法，其特征在于：该方法步骤如下：

(1)输入读取测线点云数据；

(2)对桩体及周围的点云数据进行滤波、裁剪，采用k-means算法把柱体点云数据分割为柱顶面点云数据和柱侧面点云数据，具体过程为：

首先，选取一个合适的阈值s，将该阈值以0.01m的长度在z坐标步进，通过比较区间内点云数量的变化，选取点云数量最大化时区间内的点云作为柱顶面点云进行桩体点云的分割；

(3)确定桩体顶面圆心三维坐标：

首先，采用中心法对桩体顶面圆心三维坐标进行求解：

建立如下公式：

式中，(x₀，y₀，z₀)表示所求圆心坐标；

(x_i，y_i，z_i)为顶面点云坐标；

n为柱顶面点云个数；

再以前面得到的(x₀，y₀，z₀)为圆心初始值，确定初始圆心，改变半径r，分别寻找距离该初始圆心的半径满足下式的测深点：

R＝r+δ

式中，r为给定的半径；

R为欲寻找的点(x_i，y_i，z_i)到初始圆心(x₀，y₀，z₀)的距离；

δ为一个小的偏差；

然后，根据得到的测深点，构建如下方程：

(x_i-x₀)²+(y_i-y₀)²＝r²

不断改变r值，会得到一系列方程，并对得到的方程线性化，得到线性化方程组：

l＝BX

待求参数只有2个：x₀与y₀，借助最小二乘方法，解算方程组，得到最终的桩体顶面圆心坐标：

X＝(B^TB)^-1B^Tl

上式中，X＝(x₀，y₀)

B为系数矩阵；

l为初始值下的观测量；

(4)桩间距计算：

先分别利用第一种方法和第二种方法计算桩间距，然后选取两种定位方法的最优定位结果：

第一种方法是以单个桩体的定位信息作为观测值：用多条测线分别确定两个桩体的位置信息，分别对其定位精度进行评价，进而计算桩间距：

第二种方法是以单条测线测得的桩间距为观测值：单条测线测量的两个桩体定位后计算桩间距，然后通过多条测线的桩间距观测值优化桩间距，再进行精度评定；

(5)精度评价及顾及桩体间几何不变性的桩间距确定；

根据步骤(1)-(4)得到i、j两个桩体间的多个距离对这些结果进行精度评估：

借助如下原则，对于大于3σ的边长删除：

再利用剩余的边长开展上述精度评估，直到所有的边长均小于3σ且不再删除边长，然后对剩余的m个边长求平均即得到了ij边的边长；

对所有边长开展步骤(3)-(5)的精化处理，最终通过迭代运算确定最终的水下桩体距离。

2.根据权利要求1所述的基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法，其特征在于：步骤(2)中，阈值s取值为0.1m。

3.根据权利要求1所述的基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法，其特征在于：在步骤(3)前，需要对步骤(2)中获取的柱体顶面点云数据进行范围选择，具体操作为先设定圆周半径范围，对粗差进行剔除：

采用如下公式对圆的半径进行限定：

kr+ks

式中，k为点云(x_i，y_i，z_i)与(x₀，y₀，z₀)的距离；

r为已知先验柱体半径；

ks为较小的常数，与点云测量误差有关。