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    重庆时时彩1: 基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?pdf

    关 键 词:
    基于 三维 激光 检测 大型 液化 天然气 ???姿态 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201610052683.4

    申请日:

    2016.01.26

    公开号:

    CN105606040A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01B 11/26申请日:20160126|||公开
    IPC分类号: G01B11/26 主分类号: G01B11/26
    申请人: 天津博迈科海洋工程有限公司
    发明人: 师莎莎; 叶洪伟
    地址: 300452 天津市塘沽区天津塘沽临港工业区渤海二十七路53号
    优先权:
    专利代理机构: 天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201 代理人: 王丽英
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610052683.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.01.16|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?,步骤为:在CAD图中和现场中分别将待对接的两个??橹械囊桓瞿?樯瓒ㄎ寄??,另一个??樯瓒ㄎ越幽??,使CAD图中的基准??榈淖曛低┕は殖≈械囊恢?;在CAD图以及现场的待对接??樯舷嗤奈恢梅直鹧∪〔饬康?;扫描待对接???,将7个测量点的坐标提取出来并转换到CAD图坐标系下;通过计算得到施工现场的待对接??樵贑AD图坐标系下绕图纸坐标的三个轴线方向的姿态角以及CAD图中的待对接??槿仆贾阶甑娜鲋嵯叻较虻哪勘曜颂?,然后调整现场待对接???。采用本方法,提高了对接的精度。

    权利要求书

    1.基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?,其特征在于它包括以下步
    骤:
    (1)在CAD图中和施工现场中分别将待对接的两个??橹械囊桓瞿?樯瓒ㄎ寄?br />块,另一个??樯瓒ㄎ越幽??,并在CAD图中拖动基准???,使CAD图中的基准模
    块的坐标值同施工现场中基准??榈淖曛狄恢?然后保持CAD图中和施工现场中的基准
    ??椴欢?;
    (2)在CAD图以及施工现场的待对接??樯舷嗤奈恢梅直鹧∪?个测量点,然后
    在CAD图中分别获取这7个测量点的坐标,所述的7个测量点分别为待对接??槿踅挥?br />一点的边界线的四个角点以及在这四个角点之间的中点;
    (3)在施工现场选定的测量基准点处放置三维激光扫描仪使得三维激光扫描仪能够扫
    描到施工现场所述的待对接??樯系?个测量点,然后利用三维激光扫描仪扫描所述的待
    对接???,得到包括测量点在内的点云数据;
    (4)对扫描得到的点云数据进行去噪等优化处理,得到优化后的点云数据;
    (5)在优化后的点云数据中将施工现场的待对接??樯系?个测量点的坐标提取出来,
    提取的具体方法为:把用三维激光扫描仪获得的点云图像转化为二维深度图像,然后再根
    据二维深度图像角点算法提取二维图像的角点,最后把提取出的角点反算到三维空间得到
    测量点的坐标值;
    (6)将由三维激光扫描仪扫描得到的位于施工现场的待对接??樯系钠吒霾饬康愕淖?br />标从三维激光扫描仪坐标系下转换到CAD图坐标系下;
    (7)通过计算得到施工现场的所述待对接??樵贑AD图坐标系下绕图纸坐标的三个
    轴线方向的姿态角;
    (8)通过计算得到CAD图中的待对接??槿仆贾阶甑娜鲋嵯叻较虻哪勘曜颂?,
    为对接过程中施工现场待对接??樾枰锏降哪勘杲嵌戎?;
    (9)将施工现场中的待对接??榈淖颂怯隒AD图中该待对接??榈哪勘曜颂墙?br />对比,得到施工现场中的所述的待对接??樵谌鲋嵯叻较蛏献颂堑牡髡?,然后根据
    所述的调整量对施工现场中的待对接??榻薪嵌鹊髡?;将通过步骤(5)得到的待对接模
    块三条交于一点的边界线的四个角点之间的中点的施工现场的位置值与在步骤(2)中在
    CAD图中得到的对应的点的目标设定位置值进行比较,得到施工现场中该待对接??樵谌?br />个轴线方向上位移值的调整量,然后对施工现场中该待对接??榻腥鲋嵯呶灰品较虻?br />调整。

    说明书

    基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?/invention-title>

    技术领域

    本发明涉及对接过程中的姿态检测方法,尤其涉及基于三维激光检测的大型
    液化天然气??樽颂觳夥椒?。

    背景技术

    在大型液化天然气分段??槎越拥髡讨行枰莸鼻暗淖颂慈范ǘ?br />接过程中的调整量,因此确定待对接??樵诙越庸讨械淖颂拖缘煤苡斜匾?。
    传统的姿态检测主要是通过扫描待对接??榈亩越用?,来获得对接面的特征来进
    行匹配,由于该方法不能获得待对接??榈闹嵯呱系慕嵌绕?,因此在对接过程
    中存在精度不高的缺点,而且传统的姿态检测是利用全站仪进行测量,因此为了
    得到测量点的坐标需要经过多次测量,具有效率低下的特点。

    发明内容

    本发明的目的在于克服已有的技术缺陷,提供一种对接精度高和对接效率高
    的基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?。

    为了达到上述目的,本发明采用的技术方案为:

    基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?,它包括以下步骤:

    (1)在CAD图中和施工现场中分别将待对接的两个??橹械囊桓瞿?樯瓒?br />为基准???,另一个??樯瓒ㄎ越幽??,并在CAD图中拖动基准???,使
    CAD图中的基准??榈淖曛低┕は殖≈谢寄?榈淖曛狄恢?然后保持
    CAD图中和施工现场中的基准??椴欢?;

    (2)在CAD图以及施工现场的待对接??樯舷嗤奈恢梅直鹧∪?个测量
    点,然后在CAD图中分别获取这7个测量点的坐标,所述的7个测量点分别为
    待对接??槿踅挥谝坏愕谋呓缦叩乃母鼋堑阋约霸谡馑母鼋堑阒涞闹械?;

    (3)在施工现场选定的测量基准点处放置三维激光扫描仪使得三维激光扫描
    仪能够扫描到施工现场所述的待对接??樯系?个测量点,然后利用三维激光扫
    描仪扫描所述的待对接???,得到包括测量点在内的点云数据;

    (4)对扫描得到的点云数据进行去噪等优化处理,得到优化后的点云数据;

    (5)在优化后的点云数据中将施工现场的待对接??樯系?个测量点的坐标
    提取出来,提取的具体方法为:把用三维激光扫描仪获得的点云图像转化为二维
    深度图像,然后再根据二维深度图像角点算法提取二维图像的角点,最后把提取
    出的角点反算到三维空间得到测量点的坐标值;

    (6)将由三维激光扫描仪扫描得到的位于施工现场的待对接??樯系钠吒霾?br />量点的坐标从三维激光扫描仪坐标系下转换到CAD图坐标系下;

    (7)通过计算得到施工现场的所述待对接??樵贑AD图坐标系下绕图纸坐
    标的三个轴线方向的姿态角;

    (8)通过计算得到CAD图中的待对接??槿仆贾阶甑娜鲋嵯叻较虻哪?br />标姿态角,为对接过程中施工现场待对接??樾枰锏降哪勘杲嵌戎?;

    (9)将施工现场中的待对接??榈淖颂怯隒AD图中该待对接??榈哪勘?br />姿态角进行对比,得到施工现场中的所述的待对接??樵谌鲋嵯叻较蛏献颂?br />的调整量,然后根据所述的调整量对施工现场中的待对接??榻薪嵌鹊髡?;将
    通过步骤(5)得到的待对接??槿踅挥谝坏愕谋呓缦叩乃母鼋堑阒涞闹械?br />的施工现场的位置值与在步骤(2)中在CAD图中得到的对应的点的目标设定位
    置值进行比较,得到施工现场中该待对接??樵谌鲋嵯叻较蛏衔灰浦档牡髡?br />量,然后对施工现场中该待对接??榻腥鲋嵯呶灰品较虻牡髡?。

    采用本姿态检测方法,使用三维激光扫描仪能够一次性获得测量点的坐标,
    具有采样速率高的特点,而且通过测量点可以得到待对接??槿浦嵯叩淖颂?,
    将其与目标姿态角进行比较可以得到待对接??樵谌鲋嵯叻较蛏献颂堑牡?br />整量,从而实现对接??橹嵯呱系钠ヅ?,提高了对接的精度。

    附图说明

    图1是本发明基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒–AD
    图纸坐标系示意图;

    图2是本发明基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒??br />绕X1、Y1轴姿态角计算示意图;

    图3是本发明基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒??br />绕Z1轴姿态角计算示意图。

    具体实施方式

    下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

    如附图所示的基于三维激光检测的大型液化天然气??樽颂觳夥椒?,它包
    括以下步骤:

    (1)在CAD图中和施工现场中分别将待对接的两个??橹械囊桓瞿?樯?br />定为基准???,另一个??樯瓒ㄎ越幽??,基准??椴欢?,并在CAD图中
    拖动基准???,使CAD图中的基准??榈淖曛低┕は殖≈谢寄?榈淖?br />值一致;

    (2)在CAD图以及施工现场的待对接??樯舷嗤奈恢梅直鹧∪?个测量
    点,所述的7个测量点分别为待对接??槿踅挥谝坏愕谋呓缦叩乃母鼋堑阋约?br />在这四个角点之间的中点;如图1所示,所述的7个测量点分别为待对接??榈?br />上表面边界上相交的两个梁和与这两个梁相交的柱上的四个角点A、B、C、D以
    及在这四个角点之间的中点处E、F、G;

    在CAD图中分别获取这7个测量点的坐标,分别为:A′(x1′,y1′,z1′),
    B′(x2′,y2′,z2′),C′(x3′,y3′,z3′),D′(x4′,y4′,z4′),E′(x5′,y5′,z5′),F′(x6′,y6′,z6′),
    G′(x7′,y7′,z7′);

    (3)在施工现场选定的测量基准点处放置三维激光扫描仪使得三维激光扫描
    仪能够扫描到施工现场所述的待对接??樯系?个测量点,如图所示三维激光扫
    描仪设置在O点处,利用三维激光扫描仪扫描所述的待对接???,得到包括测量
    点在内的点云数据,所述的O点在施工现场中为已知坐标点;

    (4)对扫描得到的点云数据进行优化处理,得到优化后的点云数据;

    (5)在优化后的点云数据中将施工现场的待对接??樯系?个测量点的坐标
    提取出来,分别为:A(x1,y1,z1),B(x2,y2,z2),C(x3,y3,z3),D(x4,y4,z4),
    E(x5,y5,z5),F(x6,y6,z6),G(x7,y7,z7);其中提取的具体方法为:

    把用三维激光扫描仪获得的点云图像转化为二维深度图像,然后再根据已有
    的二维深度图像角点算法(基于灰度的特征点获取方法,即SUSAN算子)提取
    二维图像的角点,最后把提取出的角点反算到三维空间得到测量点的坐标值。该
    方法详见2013年2月测绘工程期刊第22卷第1期的文献“点云中角点的自动提
    取算法研究”一文;

    (6)将由三维激光扫描仪扫描得到的位于施工现场的待对接??樯系钠吒霾?br />量点的坐标从三维激光扫描仪坐标系O-XYZ(如图1所示)下转换到CAD坐
    标系O1-X1Y1Z1下,这样才能和CAD坐标系中的坐标进行对比,具体方法为:

    其中CAD坐标系的坐标原点为图1中O1处,施工现场测量基准点O在CAD
    坐标系中的坐标为(l,m,n),则三维激光扫描仪自身坐标系相对于CAD坐标系的
    变换矩阵为:

    T = 1 0 0 l 0 1 0 m 0 0 1 n 0 0 0 1 ]]>

    其中l,m,n为施工现场测量基准点O在CAD坐标系X1,Y1,Z1方向上的坐
    标值。

    因此,将三维激光扫描仪得到的测量点的坐标与该旋转矩阵相乘即为变换到
    CAD坐标系下的坐标。如将A点转换到CAD坐标系下为:

    A 1 = T A = 1 0 0 l 0 1 0 m 0 0 1 n 0 0 0 1 x 1 y 1 z 1 1 = x 1 + l y 1 + m z 1 + n 1 ]]>

    所以转换后的坐标为A1(x1+l,y1+m,z1+n),

    同样将其余六个测量点的坐标同该旋转矩阵相乘可得到其余六个点的坐标为
    B1(x2+l,y2+m,z2+n),C1(x3+l,y3+m,z3+n),D1(x4+l,y4+m,z4+n),
    E1(x5+l,y5+m,z5+n),F1(x6+l,y6+m,z6+n),G1(x7+l,y7+m,z7+n);

    (7)通过计算得到施工现场的所述待对接??樵贑AD图坐标系下绕CAD
    图的三个坐标轴即X1,Y1,Z1三个轴线方向的姿态角α、β、γ;

    所述的计算可以采用几何方法,具体如下:

    求出平面ABD的法向向量该向量与平面X1O1Y1的夹角β即为??槿芛1
    轴的姿态角,如图2所示,具体方法为:

    向量向量

    则平面ABD的法向向量为:


    其中为X1,Y1,Z1方向上的单位向量,

    则??槿芛1轴的姿态角β为:

    β = a r c c o s s · k | s | · | k | ]]>

    同样可以求得平面ABC的法向向量与平面X1O1Y1的夹角α为??槿芚1轴
    的姿态角,如图2所示,具体方法为:

    向量向量

    则平面ABC的法向向量为:


    其中为X1,Y1,Z1方向上的单位向量,

    则待对接??槿芚1轴的姿态角α为:

    α = a r c c o s t · k | t | · | k | ]]>

    ??槿芞1的姿态角γ为平面ABD的法向向量在平面X1O1Y1的投影与X1轴
    之间的夹角,如图3所示,则γ为:

    γ = a r c c o s c o s θ c o s β ]]>

    其中θ为法向向量与X1轴之间的夹角,β为法向向量与平面X1O1Y1的夹
    角,其θ的值为:

    θ = a r c c o s s · i | s | · | i | ]]>

    (8)通过计算得到CAD图中待对接??槿芚1轴、Y1轴和Z1轴的目标姿态角,
    为对接过程中施工现场待对接??樾枰锏降哪勘杲嵌戎?,分别为α′、β′和γ′;
    计算方法可以采用步骤(7)种的几何方法也可以在CAD图直接测量得到。

    (9)将施工现场中的待对接??榈淖颂铅?、β、γ与CAD图中的待对接模
    块的目标姿态角α′、β′、γ′进行对比,得到施工现场中的所述的待对接??樵?br />三个轴线方向上姿态角的调整量,然后根据所述的调整量对施工现场中的待对接
    ??榻薪嵌鹊髡?;将通过步骤(5)得到的待对接??槿踅挥谝坏愕乃母鼋?br />点之间的中点的坐标,如图1中分别为待对接??榈纳媳砻姹呓缟舷嘟坏牧礁隽?br />和与这两个梁相交的柱上的四个角点之间的中点处E、F、G的施工现场的位置值
    E1(x5+l,y5+m,z5+n)、F1(x6+l,y6+m,z6+n)、G1(x7+l,y7+m,z7+n)与在步骤
    (2)中在CAD图中得到的对应的点的目标设定位置值E′(x5′,y5′,z′5)、
    F′(x6′,y6′,z6′)、G′(x7′,y7′,z7′)进行比较,得到施工现场中该待对接??樵谌鲋?br />线方向上位移值的调整量,然后对施工现场中该待对接??榻腥鲋嵯呶灰品?br />向的调整。

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