[发明专利]基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法

说明书

一种基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法，该方法采用声呐点云，通过迭代拟合等算法研究，实现厘米级桩体间距离确定，提高了桩间距确定精度，具体过程为，先通过输入读取测线点云数据，再对桩体及周围的点云数据进行滤波、裁剪，然后确定桩体顶面圆心三维坐标，进行桩间距计算，最后，精度评价及顾及桩体间几何不变性的桩间距确定。该方法能够用于确定水下桩体间空间关系和桩体间距离，解决海上风电站三基座预制和安装问题，相比传统方法，具有高精度、高效率、低成本、低风险和实施方便等优点。

技术领域

本发明涉及水下桩体定位技术领域，特别是一种基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法。

背景技术

海上风电、海上桥梁等海洋工程建设中，首先需要在海底打入柱桩，组成基础的工程支撑结构，在较深水域下还须在水下连接三个桩体构成的三基座套桩。所以三个桩体间几何距离的确定精度直接关系到三基座套装预制的准确性和工程实施及其安全性；水下桩体施工所在地离陆地较远，桩体顶面的水深值仍较大，桩体大部分被海水掩埋，难以借助常规地面上的光学测量方法或GNSS测量方法来确定其位置。

目前，对水下桩体间距离主要采用GNSS RTK(Real-time Kinematics)或全站仪测距技术来实现；在桩体尚未打击到水面下前，借助GNSS RTK技术确定桩体的中心坐标，进而根据各个桩体的绝对坐标，在地理坐标系下计算桩体间的距离。这种方法虽能得到桩体的绝对坐标，但需要架设基准台站和需要无线电数传，在远岸海域和雾气较大的海域施工，严重影响RTK无线电数传的距离，进而严重影响桩体定位的精度和桩体间距离的确定；全站仪测距为相对定位，通过测量桩体间的几何距离，确定将要建立的三基座套装；但由于为相对测量，无法给出桩体间连线确定的三角形形状。

因而，无论是GNSS RTK测量还是全站仪桩间距相对测量，均测量的是桩体未被打入水面时的距离，但若不同桩体在打入水面到预设深度过程中存在桩体歪斜、桩面到水面水都不一致等问题，基于在水面上测量的结果将无法确保三基座桩套预制形状能够按照到水下桩体上，将会带来较大的成本风险、安装风险，进而给施工在费用和时间上带来较大的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用声呐点云，通过迭代拟合等算法研究，实现厘米级桩体间距离确定，提高了桩间距确定精度，降低了实施难度、风险和成本，提高了效率，对于高精度海上风电站安装具有重要的现实意义的基于声呐点云数据的桩体间距离迭代确定方法。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是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；