[发明专利]一种三维沙纹地形分析方法

权利要求书

1.一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、利用地形扫描设备获取地形点云坐标(x’,y’,η’)；

S2、利用地形点云坐标变换方法对地形点云坐标进行预处理，得到三维地形点云坐标(x,y,η)；

S3、沿着三维地形点云坐标的X轴方向提取一个固定宽度Δy的沙纹信号列(x_i,η_i)，并进行等间距分段线性插值处理；

S4、对插值后沙纹信号列进行小波变换获得全局小波频谱图，通过小波频谱图遍历峰值点确认沙丘波长值；

S5、将沙丘波长值输入滤波器中，通过低通滤波方法对插值后的沙纹信号列对沙丘信号剔除，进一步通过高通滤波方法剔除插值后的沙纹信号列中的沙纹噪点，得到优化后的沙纹信号列；

S6、优化后的沙纹信号列采用跨零分析方法进行分析，并统计沙纹长度与沙纹高度。

2.根据权利要求1所述的一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于：步骤S2中地形点云坐标变换方法包括以下步骤：

通过平移、旋转两种变换将所有点云坐标转换到新建坐标系内；

调整点云坐标高程η′平均值m为地形点云总数，调整点云坐标高程η′平均值所在水平面为高程零面η＝0，对应坐标变换为

所有点云坐标绕η轴从正往负视角顺时针旋转α，α为原始坐标x轴向与沙纹前进方向夹角，通过坐标变换方法得到三维点云(x,y,η)，坐标变换方法为：

3.根据权利要求1所述的一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于：步骤S3中等间距分段线性插值方法包括：

对于提取沙纹信号列中N个节点a＝x₀x₁…x_N-1＝b，根据设定的等间距δx值及插值函数f(x)进行插值；

其中插值函数，f(x)满足条件f(x_j)＝η(x_j),j＝0,1,…,N-1且在每个小区间[x_j,x_j+1],j＝0,1,…,N-1；

f(x)是多项式，即代入η(x_j),求解插值函数f(x)，最终得到等间距下信号插值结果η(x₀+K*δx),K＝0，1，2…K-1；其中，K代表整数系数。

4.根据权利要求1所述的一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于：步骤S4中，小波变换获得全局小波频谱图的方法包括：利用morlet小波基函数ψ₀(t)进行小波变换，根据卷积定理，小波变换是乘积的傅里叶逆变换：

其中(*)表示复共轭，s为需要变动的小波尺度，N是序列信号点数，k＝0，1，2,…，N-1为频率指数，关于x_n离散Fourier变换为：

角频率ω_k定义为：

定义实数|W_n(s)|²为小波功率密度函数，并根据变换频率绘制功率谱密度图。

5.根据权利要求4所述的一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于：

morlet小波基函数如下：

沙纹信号中纵向x轴空间序列等价为时间序列t，ω₀为无量纲频率。

6.根据权利要求1所述的一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于：得到优化后的沙纹信号列具体过程如下：

S51、选用成熟的切比雪夫滤波器，利用沙丘波长值作为低通滤波参数，输入沙纹信号通过滤波器滤波得到沙丘信号；

S52、对于沙纹信号列中沙纹信号存在的噪点，设固定噪声频率参数1/10，再通过高通滤波获得高频噪点信号；

S53、利用原始沙纹信号减去沙丘信号与高频噪点信号最终获得优化后的沙纹信号。

7.根据权利要求1所述的一种三维沙纹地形分析方法，其特征在于：跨零分析方法包括以下内容：优化后的沙纹信号中加入零线，当沙纹信号从左往右向上跨越零线时，记录为一个跨零点，相邻跨零点之间的最大高程与最小高程的高差为沙纹的波高，相邻跨零点的距离为波长。