[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

说明书

本发明提出基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，包括以下步骤；步骤S1、利用声呐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n组基础冲刷地形声像图；步骤S2、对采集的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，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，识别其中的冲刷地形轮廓形态；步骤S5、对各地形轮廓形态进行逐一识别，分别提取出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；本发明能实现对桥墩基础冲刷区地形的三维还原的目的。

技术领域

本发明涉及水下桥墩基础冲刷地形检测技术领域，尤其是基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法。

背景技术

桥墩基础长期处于复杂的水环境中，在冲刷作用下使河床不断下切，基础埋深减小，形成基础冲刷病害。当遇到洪水期间冲刷作用更加强烈，老旧桥梁受到长期局部冲刷作用下，存在重大安全隐患，在洪水剧烈冲刷下极易发生倾覆。因此，对桥墩基础冲刷进行定期检测，掌握桥墩基础冲刷状况，可以为桥梁工程的结构状态安全评估、冲刷范围河床的预防处理等提供信息和支持。

传统的基础冲刷检测装置安装费用及维护成本高，在洪水期间容易受到杂物影响而使装置失效，且测量的数据较为离散,检测效率低。声呐设备相比于传统的检测装置更易于安装，单次对基础冲刷扫描成像可以获取多个冲刷深度数据，检测效率高，且可以通过移动测点位置对桥墩不同方位的基础冲刷地形进行探测，从而获得不同方位基础冲刷地形的侧向轮廓，但是采集的声学图像只能反映波束覆盖某一区域地形冲刷轮廓，难以完整还原桥墩基础周围冲刷整体的地形地貌信息。

因此，需要一种基于机械扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法。

发明内容

本发明提出基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，能实现对桥墩基础冲刷区地形的三维还原，达到从三维空间中直接查看基础冲刷地形地貌的目的。

本发明采用以下技术方案。

基于扫描声呐成像的桥墩基础冲刷区地形三维重构方法，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；