[发明专利]一种三维沙纹地形分析方法

说明书

本发明提供了一种三维沙纹地形分析方法，包括以下步骤：利用地形扫描设备获取地形点云坐标；通过预处理得到新建坐标系下的三维地形点云坐标；提取沙纹信号列并进行插值处理；然后进行小波变换获得全局小波频谱图，确认沙丘波长值；通过滤波器处理得到优化后的沙纹信号列；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。本发明所述的一种三维沙纹地形分析方法，解决了跨零法在沙丘存在时沙纹统计时的不足，有效克服了整体起伏沙丘对跨零法的影响。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，尤其是涉及一种三维沙纹地形分析方法。

背景技术

在复杂的海洋动力环境中，水流与波浪共同作用下产生的沙纹形态与实验室条件下的沙纹有较大差异，自然条件下的沙纹地形主要以沙纹与沙丘的复合叠加的形式存在。沙纹几何大小对于近底水动力及床面的发展具有重要的意义。传统方法统计沙纹时主要以极值标定法与跨零法为主，其中跨零法适合于沙纹信号整体分布在水平零线两侧时，而沙丘的存在严重影响跨零法的统计效果，同时由于包含有沙丘信息导致沙纹几何尺寸统计结果准确度不高。而极值标定法能够克服跨零法对于信号整体水平的要求，但是噪点以及局部极值对于沙纹统计的影响很大，同时也无法克服沙丘信号的干扰，若人工标定极值具有效率低下且人为误差大等缺点。上述方法均无法很好除去沙丘的影响，且统计效率与准确性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种三维沙纹地形分析方法，能够实现分解沙纹中沙丘于与噪点信息，并提高跨零法的应用效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三维沙纹地形分析方法，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。

进一步的，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：

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；