一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測裝置及方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測 裝置及方法。 背景技術(shù) [0002] 在海洋工程和土木工程中，對海岸線保護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性監(jiān)測是一項(xiàng)至關(guān)重要的任 務(wù)。隨著沿海開發(fā)活動的增加，保護(hù)海岸線免受侵蝕成為了迫切需要解決的問題。為此，研 究人員常常使用大比尺波浪水槽來模擬自然環(huán)境中波浪的作用，以便研究保護(hù)結(jié)構(gòu)在不同 條件下的表現(xiàn)。 [0003] 傳統(tǒng)的監(jiān)測方法通常依賴人工觀測或手動測量，這種方式不僅耗時(shí)耗力，而且難 以實(shí)現(xiàn)高頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測。此外，人工觀測往往無法捕捉到細(xì)微的變化，尤其是對于加固處 的微小變形或沉積物的細(xì)微移動，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段難以提供足夠的精度。近年來，隨著攝影 測量技術(shù)和三維重建技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用專業(yè)水下測量攝像機(jī)進(jìn)行自動化監(jiān)測的新方 法。這些方法通過在大比尺波浪水槽中布設(shè)攝影測量設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄沉箱堤加固處的變化， 并通過三維重建技術(shù)獲取詳細(xì)的地形信息。盡管三維重建技術(shù)能夠提供詳細(xì)的床面形態(tài)， 但僅僅依靠三維重建數(shù)據(jù)難以直接得到具體的沖淤深度信息，通常需要進(jìn)一步的時(shí)間序列 分析來識別沖淤區(qū)域的變化趨勢，但現(xiàn)有技術(shù)在這方面還不夠完善，缺乏數(shù)據(jù)支持。 發(fā)明內(nèi)容 [0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測裝 置及方法，以實(shí)現(xiàn)沖淤深度的計(jì)算。 [0005] 本發(fā)明提供了一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測方法，包括： [0006] 步驟1，將攝影測量設(shè)備布設(shè)于大比尺波浪水槽靠近沉箱堤的側(cè)壁上，并且攝影測 量設(shè)備部分浸沒于液位以下，對大比尺波浪水槽的床面進(jìn)行掃測，并錄制沉箱堤沖淤過程 的視頻； [0007] 步驟2，在大比尺波浪水槽的床面放置校準(zhǔn)目標(biāo)，攝影測量設(shè)備拍攝校準(zhǔn)目標(biāo)圖像 進(jìn)行攝影測量設(shè)備標(biāo)定，得到攝影測量設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)； [0008] 步驟3，根據(jù)攝影測量設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)對大比尺波浪水槽的床面進(jìn)行 三維重建，得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系，得到大比尺波 浪水槽床面在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)；世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)為（x，y，z），x代表世界坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)，y代表世界坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)，z代表世界坐標(biāo)系中（x，y）坐標(biāo)下床面高度； [0009] 步驟4，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、床面高度，得到床面的曲率； [0010] 步驟5，根據(jù)曲率確定沖淤區(qū)域； [0011] 步驟6，確定時(shí)間間隔，計(jì)算沖淤區(qū)域在過去每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的平均沖淤深度； [0012] 步驟7，將平均沖淤深度累積得到綜合沖淤深度。 [0013] 進(jìn)一步地，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、床面高度，得到床面的曲率，具體包括以下步驟： [0014] 步驟41，對世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理坐標(biāo)點(diǎn)； [0015] 步驟42，從預(yù)處理坐標(biāo)點(diǎn)中選取待測目標(biāo)點(diǎn)，從待測目標(biāo)點(diǎn)周圍選擇不同尺度的 預(yù)處理坐標(biāo)點(diǎn)作為鄰近坐標(biāo)點(diǎn)； [0016] 步驟43，將待測目標(biāo)點(diǎn)以及不同尺度的鄰近坐標(biāo)點(diǎn)擬合成不同尺度的局部曲面； [0017] 步驟44，對于不同尺度的局部曲面的曲率，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、 床面高度計(jì)算得到。 [0018] 進(jìn)一步地，所述曲率的計(jì)算公式為： [0019] ； [0020] 式中，式中， 代表床面在 坐標(biāo)點(diǎn)的曲率，代表調(diào)整系數(shù)， 代表 床面高度在橫坐標(biāo)上的二階偏導(dǎo)數(shù)， 代表床面高度在縱坐標(biāo)上的二階偏導(dǎo)數(shù)， 代表床 面高度在橫坐標(biāo)上的三階偏導(dǎo)數(shù)， 代表床面高度在縱坐標(biāo)上的三階偏導(dǎo)數(shù)。 [0021] 進(jìn)一步地，根據(jù)曲率確定沖淤區(qū)域，具體包括以下步驟： [0022] 步驟51，獲取閾值； [0023] 步驟52，將局部曲面的曲率與閾值比較，當(dāng)局部曲面的曲率大于閾值，則當(dāng)前局部 曲面的目標(biāo)中心點(diǎn)為沖淤邊緣點(diǎn)；當(dāng)局部曲面的曲率小于等于閾值，則當(dāng)前局部曲面的目 標(biāo)中心點(diǎn)為非沖淤邊緣點(diǎn)； [0024] 步驟53，根據(jù)所有沖淤邊緣點(diǎn)得到?jīng)_淤區(qū)域。 [0025] 進(jìn)一步地，所述平均沖淤深度的計(jì)算公式為： [0026] ； [0027] 代表沖淤區(qū)域在當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)t的平均沖淤深度，T代表時(shí)間間隔， 代 表權(quán)重函數(shù)， 代表在過去時(shí)間點(diǎn) 的床面高度數(shù)據(jù)， 代表初始時(shí)刻的床面初始的 高度數(shù)據(jù)， 代表對過去時(shí)間點(diǎn) 進(jìn)行微積分。 [0028] 進(jìn)一步地，所述權(quán)重函數(shù)為： [0029] ； [0030] 式中， 代表過去時(shí)間點(diǎn) 的權(quán)重函數(shù)， 代表時(shí)間間隔內(nèi)過去時(shí)間點(diǎn)與當(dāng) 前時(shí)間點(diǎn)時(shí)間差的標(biāo)準(zhǔn)差，t代表當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)， 代表過去時(shí)間點(diǎn)。 [0031] 進(jìn)一步地，所述綜合沖淤深度的計(jì)算公式為： [0032] ； [0033] 代表沖淤區(qū)域的綜合沖淤深度， 代表第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平均沖淤深度，n代 表沖淤過程的最大時(shí)間點(diǎn)。 [0034] 進(jìn)一步地，獲取歷史數(shù)據(jù)中的歷史曲率，對歷史曲率進(jìn)行分析得到歷史異常曲率，

1.一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測方法，其特征在于，包括： 步驟1，將攝影測量設(shè)備布設(shè)于大比尺波浪水槽靠近沉箱堤的側(cè)壁上，并且攝影測量設(shè)備部分浸沒于液位以下，對大比尺波浪水槽的床面進(jìn)行掃測，并錄制沉箱堤沖淤過程的視頻； 步驟2，在大比尺波浪水槽的床面放置校準(zhǔn)目標(biāo)，攝影測量設(shè)備拍攝校準(zhǔn)目標(biāo)圖像進(jìn)行攝影測量設(shè)備標(biāo)定，得到攝影測量設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)； 步驟3，根據(jù)攝影測量設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)對大比尺波浪水槽的床面進(jìn)行三維重建，得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為世界坐標(biāo)系，根據(jù)世界坐標(biāo)系得到大比尺波浪水槽床面在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)；世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)點(diǎn)為（x，y，z），x代表世界坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)，y代表世界坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)，z代表世界坐標(biāo)系中（x，y）坐標(biāo)下的床面高度； 步驟4，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、床面高度，得到床面的曲率； 步驟5，根據(jù)曲率確定沖淤區(qū)域； 步驟6，確定時(shí)間間隔，計(jì)算沖淤區(qū)域在過去每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的平均沖淤深度； 步驟7，將平均沖淤深度累積得到綜合沖淤深度。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測方法，其特征在于，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、床面高度，得到床面的曲率，具體包括以下步驟： 步驟41，對世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理坐標(biāo)點(diǎn)； 步驟42，從預(yù)處理坐標(biāo)點(diǎn)中選取待測目標(biāo)點(diǎn)，從待測目標(biāo)點(diǎn)周圍選擇不同尺度的預(yù)處理坐標(biāo)點(diǎn)作為鄰近坐標(biāo)點(diǎn)； 步驟43，將待測目標(biāo)點(diǎn)以及不同尺度的鄰近坐標(biāo)點(diǎn)擬合成不同尺度的局部曲面； 步驟44，對于不同尺度的局部曲面的曲率，根據(jù)世界坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、床面高度計(jì)算得到。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測方法，其特征在于，所述曲率的計(jì)算公式為： ； 式中， 代表床面在 坐標(biāo)點(diǎn)的曲率，代表調(diào)整系數(shù)， 代表床面高度在 橫坐標(biāo)上的二階偏導(dǎo)數(shù)， 代表床面高度在縱坐標(biāo)上的二階偏導(dǎo)數(shù)， 代表床面高度在橫坐標(biāo)上的三階偏導(dǎo)數(shù)， 代表床面高度在縱坐標(biāo)上的三階偏導(dǎo)數(shù)。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大比尺波浪水槽沖淤地形自動掃測方法，其特征在于，根據(jù)曲率確定沖淤區(qū)域，具體包括以下步驟： 步驟51，獲取閾值； 步驟52，將局部曲面的曲率與閾值比較，當(dāng)局部曲面的曲率大于閾值，則當(dāng)前局部曲面的目標(biāo)中心點(diǎn)為沖淤邊緣點(diǎn)；當(dāng)局部曲面的曲率小于等于閾值，則當(dāng)前局部曲面的目標(biāo)中心點(diǎn)為非沖淤邊緣點(diǎn)；