[发明专利]基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法

权利要求书

1.基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；

步骤S1、利用机械扫描声呐设备从不同方位对桥墩基础冲刷区地形进行完整扫描成像，采集得到不同方位下的n组基础冲刷地形声像图；

步骤S2、对采集的各组声像图以相同间距截取多个分析截面；

步骤S3、提取图中分析截面内地形成像条带上下边缘的关键参数，根据声学成像原理将提取参数转换至三维空间中，并以扇弧表述声呐波束扇面；

步骤S4、根据同一分析截面内一组测点扇弧相对位置关系，识别该分析截面内的冲刷地形轮廓形态；

步骤S5、对不同方位、不同分析截面的地形轮廓形态进行逐一识别，分别提取出轮廓曲线上关键点三维坐标，得到所需的空间散点三维坐标数据；

步骤S6、采用克里金插值法对空间散点数据进行插值拟合，完成基础冲刷地形的三维重构；

所述步骤S3中，提取声像图中分析截面内地形成像条带上下边缘的关键参数，根据声学成像原理将提取参数转换至三维空间的具体步骤如下：

步骤3a、在距离声呐中心为的分析截面内，标记成像条带的上下边缘点为M、N，原始声呐中心点和上下边缘点M、N距离分别为波束扇面的大开角角度θ；

步骤3b、以上边缘点M为圆心，为半径作圆弧，和分析截面交点即为等效声呐中心点等效声呐中心点超出原始声呐中心所在平面的高度以超出声呐所在平面距离的等效声呐中心点为圆心，以为半径、波束扇面大开角角度θ作扇弧，得到上边缘点M在三维空间对应的扇弧以下边缘点N为圆心，为半径作圆弧，和分析截面交点即为等效声呐中心点高于原始声呐中心所在平面距离以为圆心，以为半径、角度θ作扇弧，得到下边缘点N在三维空间对应于扇弧其中，上标i表示桩号，第一个下标j表示一组测点相对桥墩的所在方位，第二个下标k表示一组测点下的具体测点，k取0、1、2分别表示一组测点中的左、中、右测点；

步骤3c、对一组测点中另外两个测点也采用相同的参数转换方式，得到同一分析截面内一组测点成像图对应的三维空间中的扇弧相对位置关系。

2.根据权利要求1所述的基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，其特征在于：步骤S4中，根据同一分析截面内参数转换得到的一组测点对应的扇弧相对位置关系识别冲刷区地形轮廓形态时，具体步骤如下：

步骤4a、根据一组扇弧相对位置关系判定地形类型属于凹陷地形、隆起地形、连续地形、不确定地形中的哪一种，其中不确定地形需要结合相邻方位下确定的地形轮廓曲线对地形类型进行进一步判断；

步骤4b、筛选可用于形成地形轮廓曲线的关键点，按以下条件进行筛选，1)地形类型属于凹陷地形、隆起地形或连续地形；2)拟合的地形轮廓曲线位于两扇弧范围之间，且相邻扇面内交集部分为地形轮廓曲线必经过区域；3)各测点还原的上下扇弧线上均至少有一个地形轮廓点；

步骤4c、在满足上述条件下确定出各个扇弧线上地形轮廓曲线各个关键点，通过平滑曲线将各个关键点进行连接，得到该分析截面下波束覆盖区的地形轮廓曲线。

3.根据权利要求2所述的基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，其特征在于：在步骤4a中，若在比较两侧辅助测点波束上侧扇弧边缘点和声呐所在平面距离时，距离较大值小于另一侧辅助检测点下侧扇弧边缘点到声呐所在平面的距离，即用公式表达为L₀₂＞l₀₀＞l₀₂；且两侧波束上侧扇弧中点连线a₀₀a₀₂，中间波束上侧扇弧中点a₀₁位于连线a₀₀a₀₂的下方，即可确定地形类型为凹陷地形类型。

4.根据权利要求1所述的基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，其特征在于：所述步骤S6中，将得到的大量的空间散点数据通过克里金插值法进行插值拟合处理，实现桥墩基础冲刷区地形三维重构，得到基础冲刷等高线图和三维可视化图，能在三维空间中直观查看桥墩基础冲刷区的地形地貌信息。