两种声呐系统应用于沉井测量的对比分析

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作者 王嘉伟 尤相骏 +2 位作者 杨朝禹 王张江尧 沈蔚 《测绘通报》 北大核心 2025年第1期175-179,共5页

现代城市重大工程勘测和地下排水管网调查中,大型污水沉井测量是一项重要且有困难的工作。传统的蛙人下井探摸方式,因其危险系数高、测量误差较大而逐渐被高精度声呐探测系统代替。为实现高精度、高效率的大型污水沉井测量,本文开发了... 现代城市重大工程勘测和地下排水管网调查中,大型污水沉井测量是一项重要且有困难的工作。传统的蛙人下井探摸方式,因其危险系数高、测量误差较大而逐渐被高精度声呐探测系统代替。为实现高精度、高效率的大型污水沉井测量,本文开发了一套多波束声呐沉井测量系统,并将其与双轴扫描声呐测量系统从多个角度对比分析。试验结果表明,多波束声呐测量系统重量轻、体积小、精度高、外业测量效率高、获得点云密度高,能够快速获取蓄水沉井的井室和进出水口三维形态。随着技术的进步,声呐测量系统将成为管道、沉井、空洞区等城市地下蓄水空间测量的有效工具。 展开更多

关键词 沉井测量 多波束声呐 双轴扫描声呐 三维点云 精度 效率

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一种水下桩基三维点云的分割和滤波方法

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作者 谢伟华 胡皓 +2 位作者 卢文龙 劳文欣 尹铁男 《海洋测绘》 北大核心 2025年第1期53-56,61,共5页

海上风电机组水下桩基长期承受各种荷载和高水流作用,需要有效监测桩基水下部分变形。针对这一需求,给出一种基于三维成像声纳数据的水下桩基三维点云的分割和滤波方法。首先,采用CSF算法、SMRF及欧氏聚类算法进行点云分割,有效提取桩... 海上风电机组水下桩基长期承受各种荷载和高水流作用,需要有效监测桩基水下部分变形。针对这一需求,给出一种基于三维成像声纳数据的水下桩基三维点云的分割和滤波方法。首先,采用CSF算法、SMRF及欧氏聚类算法进行点云分割,有效提取桩基点云。然后对点云进行格网降采样处理,并使用RANSAC算法建立桩基点云几何模型,从而获取几何参数;最后,采用移动立方体算法重建三维模型以检测桩基异常。实验结果显示,本文方法能从海量点云中有效提取桩基模型,实现桩基三维模型的几何参数计算、重建和评估,为水下桩基检测提供了一种有效的解决方案。 展开更多

关键词 水下桩基检测 三维成像声纳 点云滤波 点云三维建模 RANSAC算法 移动立方体算法

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基于法线微分的3维声呐点云自适应简化方法

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作者 汪洋 金卓恒 +1 位作者 陈德山 吴兵 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期258-269,共12页

在不损失原始点云数据质量的前提下,大幅约简点云数据量是减少存储空间、降低后期计算强度的重要预处理步骤。针对这一需求,提出了针对水下3维声呐点云数据的自适应简化方法。首先,定义法线微分算子来识别点云中几何尺度的骤变,从而实... 在不损失原始点云数据质量的前提下,大幅约简点云数据量是减少存储空间、降低后期计算强度的重要预处理步骤。针对这一需求,提出了针对水下3维声呐点云数据的自适应简化方法。首先,定义法线微分算子来识别点云中几何尺度的骤变,从而实现原始点云中边界部分点云和主体部分点云的分割。其次,对于点云的边界部分,应用移动最小二乘法来对边界点进行优化,降低噪点的影响,并保持其曲面的几何一致性;基于体素栅格结构,在边界上使用八叉树进行降采样,并在此基础上实施局部最远点采样,在实现均匀简化的同时保证已简化点云的边界部分具有各向同性,有效保留边界部分点云的几何特征信息。再次,对于点云的主体部分,为保持简化后点云整体的各向同性,使用体素中心采样法来减少数据量。然后,通过高斯滤波平滑点云表面,最后,整合简化后的边界点云和主体点云,得到简化结果。实验结果表明,提出的简化方法计算成本低、处理速度快,在与现行典型算法保持一致简化率的情况下,对水下点云数据的简化速度提高了约32%。另外,通过表面密度对比与几何失真分析,证明了提出方法对水下3维点云边界点及整体分布的优化作用。综上,此方法能提高水下作业目标探测效率,得到保留重要几何特征信息并具有各向同性的水下任务目标点云简化结果。 展开更多

关键词 水下点云 3维声呐 点云简化 法线微分 体素栅格

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水下声呐惯性系统定位研究

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作者 王波 武建国 +2 位作者 王晓鸣 田奇睿 李鑫 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第13期146-149,共4页

为应对传统声呐惯性系统在弱纹理水下环境中定位精度较低的问题,提出将声呐惯性滤波里程计应用于水下声呐惯性系统定位。依据声呐成像原理对声呐图像进行特征提取,运用迭代最近点算法(ICP)进行特征匹配。通过将点云匹配结果与IMU数据融... 为应对传统声呐惯性系统在弱纹理水下环境中定位精度较低的问题,提出将声呐惯性滤波里程计应用于水下声呐惯性系统定位。依据声呐成像原理对声呐图像进行特征提取,运用迭代最近点算法(ICP)进行特征匹配。通过将点云匹配结果与IMU数据融合,提升状态估计的稳定性。这种方法使用IMU数据进行状态预测,并以声呐ICP匹配结果作为观测进行状态更新。最后将该滤波里程计与ICP顺序匹配结果一起纳入图优化框架进行位姿优化。试验表明,相比于传统方法,该方法的定位精度更高,能适应弱纹理环境。 展开更多

关键词 声呐惯性定位 滤波里程计 迭代最近点算法 点云匹配

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基于三维声纳点云的水下沉井地形探测技术 被引量：4

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作者 马鑫程 张旭东 贾旭 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2021年第6期44-48,共5页

为了解决水下沉井地形监测难题,给出了一种基于三维扫描声纳的地形监测方法以及地形点云的高精度快速处理方法。首先,结合沉井特点,给出了一种悬挂式三维扫描声纳扫描沉井水下地形方法;然后,结合沉井形状及点云特点,给出由降采样点云抽... 为了解决水下沉井地形监测难题,给出了一种基于三维扫描声纳的地形监测方法以及地形点云的高精度快速处理方法。首先,结合沉井特点,给出了一种悬挂式三维扫描声纳扫描沉井水下地形方法;然后,结合沉井形状及点云特点,给出由降采样点云抽稀法、基于欧式距离的区域自生长算法的点云去噪方法和基于K-means++聚类算法的沉井水下地形分割方法等组成的水下地形点云处理方法,实现了基于声纳点云的地形点云快速获取及水下地形恢复。实验结果表明,该方法可有效用于沉井水下地形探测。 展开更多

关键词 水下沉井地形探测 三维声纳点云 点云分割 区域生长 K-means++

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基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法 被引量：2

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作者 沈蔚 廖德亮 +3 位作者 卢泉水 杨智松 崔晓冬 林军 《渔业现代化》 CSCD 2023年第1期64-70,共7页

投放人工鱼礁作为海洋牧场建设的重要环节,其投放质量评估工作日益受到重视。为实现大范围的人工鱼礁三维信息的自动识别与提取,提升人工鱼礁量化评估的质量,提出了一种基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法。该方法首先利用多... 投放人工鱼礁作为海洋牧场建设的重要环节,其投放质量评估工作日益受到重视。为实现大范围的人工鱼礁三维信息的自动识别与提取,提升人工鱼礁量化评估的质量,提出了一种基于Ransac算法的多波束点云人工鱼礁提取方法。该方法首先利用多波束声呐获取点云,在对点云进行分割、去噪等预处理后,利用Ransac算法将点云分为内外点集,内点集近似拟合为海底平面,外点集为人工鱼礁。在浙江嵊泗马鞍列岛某礁区进行了相关试验,实现了整体和单体鱼礁的提取,提取正确度达94.79%,完整度达91%,能够较好地提取鱼礁的三维形态、位置、尺寸、高度、空方等信息。研究表明,本方法可以大范围地应用于各型人工鱼礁目标投放效果的量化评估。 展开更多

关键词 人工鱼礁提取 点云 RANSAC算法 评估 多波束声呐

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基于阈值自适应确定的多波束点云滤波算法 被引量：3

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作者 沈蔚 杨智松 +2 位作者 廖德亮 卢泉水 徐康进 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2023年第6期6-11,共6页

针对水下多波束地形测量点云去噪问题,提出了一种基于阈值自适应确定的点云滤波算法。首先引入虚拟网格对多波束点云进行分区编号,并采用二次分层统计法剔除显著离群噪点;其次归一化计算网格内种子点与邻域各点的坡度角,引入k-Medoids... 针对水下多波束地形测量点云去噪问题,提出了一种基于阈值自适应确定的点云滤波算法。首先引入虚拟网格对多波束点云进行分区编号,并采用二次分层统计法剔除显著离群噪点;其次归一化计算网格内种子点与邻域各点的坡度角,引入k-Medoids聚类算法自适应更新坡度阈值;最后按照多尺度滤波窗口逐级对点云进行迭代运算,得到精细化地形点云。2个实验区的多波束点云滤波实验结果表明,本文算法能较好去除多波束点云的噪声和非地形点,有效提高坡度阈值的自适应性,滤波精度有明显提升,可以适用于大规模的多波束点自动化云滤波工作。 展开更多

关键词 点云滤波 坡度滤波 阈值自适应 k-Medoids聚类 多尺度窗口 多波束声纳

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基于局部异常因子算法的三维声纳单帧重建研究 被引量：7

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作者 曾腾 张春华 王朋 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期552-558,共7页

海洋环境的复杂性会使三维声纳获取到的点云中存在异常点,从而影响点云的后期处理和可视化。将获取到的声纳数据依次进行三维波束成像、最大值滤波和坐标系转换,进而得到原始点云。提出将局部异常因子(LOF)算法应用到点云去噪、剔除干... 海洋环境的复杂性会使三维声纳获取到的点云中存在异常点,从而影响点云的后期处理和可视化。将获取到的声纳数据依次进行三维波束成像、最大值滤波和坐标系转换,进而得到原始点云。提出将局部异常因子(LOF)算法应用到点云去噪、剔除干扰的异常点,并用一种改进三角网生长方法进行单帧重建。改进三角网生长法简化了三角网生成中关键的“第三点”搜寻过程,通过实际数据处理分析得知:相比于传统阈值去噪方式,基于LOF算法的去噪方式能够在保持目标真实轮廓的前提下有效剔除非目标点;经过所提去噪方式的声纳数据能够得到更贴合实际目标轮廓的三维重建结果。 展开更多

关键词 三维声纳 点云 局部异常因子算法 三角网 去噪 单帧重建

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基于三维声呐点云的河口水闸水下结构安全评估 被引量：4

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作者 冯露 李艳 +1 位作者 席思远 郑晓东 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2022年第1期100-104,共5页

河口水闸水下结构安全对于水闸工程、整个河道,以及周边居民地的安全具有重要意义。在低可视度的水体环境中,采用传统人工潜水探摸方式进行水下结构安全检测效率低下。为提高效率,三维扫描声呐逐步应用于相关水下结构的安全检测中。本文... 河口水闸水下结构安全对于水闸工程、整个河道,以及周边居民地的安全具有重要意义。在低可视度的水体环境中,采用传统人工潜水探摸方式进行水下结构安全检测效率低下。为提高效率,三维扫描声呐逐步应用于相关水下结构的安全检测中。本文以BlueView BV5000型三维扫描声呐系统在苏州河河口水闸水下结构的实测数据为基础,经滤波、测站拼接等处理过程,利用所得三维声呐点云对该水闸的水下结构进行安全评估。采用人工探摸方式对评估结果进行验证,结果表明,三维扫描声呐在水下结构安全评估中具有优越性,可为后续运维保障提供数据基础。 展开更多

关键词 三维扫描声呐 点云 水下结构 安全评估 河口水闸

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影响三维声纳成像质量的因素分析及应用 被引量：3

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作者 张百川 周兴华 +2 位作者 丁继胜 王方旗 徐博阳 《海洋测绘》 CSCD 北大核心 2022年第6期35-39,共5页

三维成像声纳系统具有高分辨率、全方位成图的特点,正在成为水下工程精细测量的重要技术手段。根据成像原理的不同,将三维成像声纳系统划分三类,分别阐述其工作原理,针对影响三维成像声纳测量精度和分辨率的因素展开分析,并提出了测量... 三维成像声纳系统具有高分辨率、全方位成图的特点,正在成为水下工程精细测量的重要技术手段。根据成像原理的不同,将三维成像声纳系统划分三类,分别阐述其工作原理,针对影响三维成像声纳测量精度和分辨率的因素展开分析,并提出了测量时相应的应对措施。通过在海上风电桩基测量项目中的应用,验证了给出的提高测量成果质量措施的有效性以及三维成像声纳系统在水下工程精细测量中的优势。 展开更多

关键词 海洋工程 水下结构物探测 三维成像声纳 声纳图像 声点云

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基于密度聚类和圆外切线斜率拟合的埋地排水管道声呐点云去噪技术 被引量：6

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作者 吴俊豪 李琛 +2 位作者 王蓉 刘文黎 周星宇 《计量学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期231-237,共7页

针对环扫声呐扫描结果受到排水管道内混合水声的影响问题,提出一种声呐扫描点云数据去噪的方法:在环扫声呐扫描得到的三维点云数据基础上,通过密度聚类优化算法,去除点云数据中的噪声,然后采用类圆外切线斜率拟合的方式,识别出管道内壁... 针对环扫声呐扫描结果受到排水管道内混合水声的影响问题,提出一种声呐扫描点云数据去噪的方法:在环扫声呐扫描得到的三维点云数据基础上,通过密度聚类优化算法,去除点云数据中的噪声,然后采用类圆外切线斜率拟合的方式,识别出管道内壁界限和淤泥淤积线,最终得出包含排水管道内壁界限和淤积线特征的模型。为验证有效性,以武汉市某排水管道为例进行分析,基于现场采集的98万个点云坐标进行数据去噪和特征提取,结果表明:采用密度聚类优化算法进行点云数据初筛后,通过圆外切线斜率拟合算法能有效识别出排水管道内壁界限和淤积线,拟合半径均方误差0.0071 m,相较于单一密度聚类算法拟合精度更高,去噪效果更好。 展开更多

关键词 计量学 声呐扫描 点云数据 去噪 排水管道 密度聚类 类圆拟合 管道特征拟合

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