基于激光点云的复杂船舱容积计算与可视化研究

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船舶液货舱是现代石油、化工原料等产品的主要承载储运设备,是国内、国际间该类液货产品贸易结算、运费核算等的通用计量承载工具。因此,液货舱的舱容检定以及在国与国之间船—岸、船—船货物交接时实时液货装载量的精确、快速计算是保证贸易公平、顺利进行的重要保障。目前,行业内对大型船舶液货舱的舱容检定一般都是用基于全站仪等设备的几何测量法来进行,该方法因其数据采集效率低、数据处理方法落后等原因使得舱容检定效率低、精度差,已经严重滞后于行业对舱容精密检定技术的需求。而近年来,伴随三维激光扫描技术的快速发展以及各方面数据处理技术的日趋成熟,三维激光扫描在容积计量方面有了更多的应用,比如油罐容量检定、洞库测量、船舶排水量计量等。因此,本文在已有的研究基础上进行基于三维激光扫描点云的复杂船舱容积计算与其可视化的研究,主要内容如下:
  (1)针对目前舱容计量需求以及技术的发展和三维激光扫描技术在容积计量方面的研究,本文探讨了基于激光点云进行复杂船舱容积计算的必要性、可行性和相应的技术路线。
  (2)针对实验船舱点云的平面特性以及舱壁与构件的空间遮挡,为了能够得到可以进行建模的无遮挡点云集,在对原始数据进行配准、降噪、抽稀等预处理后,重点研究了基于RANSAC算法的舱壁点云分割技术。通过建立船舱坐标系,将船舱点云转换到该坐标系下,根据设定的阈值自动构建分割种子点集,利用RANSAC平面拟合算法依次序的将纵、横舱壁、甲板、底板、舷侧板点云提取出来,得到分割完成后的舱壁点云和舱内构件点云。
  (3)基于分割好的舱壁点云提取舱型轮廓线并进行舱壁建模。之后,以构件点云为基础数据参照,在Revit平台下,参照点云建立舱内标准构件库,并调用构件库中的构件进行搭建法创建全构件模型。建模完成后,本文利用统计的方法对所建模型相对真实点云数据的偏差进行统计计算,并给出建模精度评价。
  (4)基于创建好并以“.STL”格式存储的船舱高精度三角网格模型,以四面体体积计算算法为核心,研究任意封闭三角格网体积计算的方法。以此计算了船舱型舱容和净舱容之后,模拟船舱倾斜状态以纵、横倾角为参数定义水线面方程,通过研究水线面与模型求交的方法来进行船舶实际运行时船舱处于倾斜状态下舱内液货体积的实时计算。在此基础上也研究了一种新的以三维数据矩阵进行存储的舱容表编制方法。
  (5)最后,对本文所提出并进行实验探究的基于激光点云进行复杂船舱容积计算的方法进行精度评定。分别通过与传统几何测量法的舱容检定结果进行比较和直接对本文方法进行计量结果不确定度分析来对本文方法舱容检定结果的精度进行评定并给出相应的不确定度结果,两种方法都证明了本文方法结果的有效性。同时,也对本文方法进行了适用性论证,以探究其进行实际工作应用的可能性。
  本文通过相应实验验证了所进行的基于激光点云复杂船舱容积计算的具体算法与方法流程以及其相对传统舱容计量方法的优势。当然,由于实验船舱缺乏更精确的的真实数据,本文也存在一些的缺欠与不足,解决这些问题也是本文后续的研究目标。
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我国作为世界第一采煤大国,煤炭资源十分丰富且地域分布辽阔。在我国批准建设的14个亿吨级大型煤炭基地中有宁东、神东、陕北、黄陇、新疆5个基地是主要开采侏罗纪煤炭资源。侏罗纪煤田浅部煤层普遍面临顶板砂岩水害问题,其中以宁东煤田尤为典型,麦垛山煤矿位于宁东煤田鸳鸯湖矿区南部,2煤顶板直罗组下段含水层厚度大、富水性强,水文地质条件复杂,顶板水害威胁严重,2煤大巷在掘进过程中发生多次规模不等的集中涌水。根据