一种护面块体可视化测量系统及方法与流程
本发明涉及护面块体测量技术领域，尤其涉及一种护面块体可视化测量系统及方法。
背景技术：
accropodetmⅱ人工护面块体结构是法国cli公司专利产品，经过多年的对形体结构优化、块体连锁安装研究和优化，相同的抗浪能力条件下可以节约较多的混凝土投入，结构上具有较好的经济性，因而在世界范围得到广泛的应用。accropodetmⅱ人工护面块块水下连锁安装需要按照cli公司的相关要求执行，并且有可视的图片验收记录。安装后的验收测量要求能够使用影像的形式检测块体本身的姿态和块体之间的连锁状态。当前世界上比较主流的水下部分测量是声呐扫描，在水质清晰的情况下也可以用水下相机拍照完成。水上部分可以通过光学照相机拍照验收。
某新集装箱码头扩建工程所处几内亚湾，该区域潮差小，波浪周期较大，大潮期波高较大。在护面块体验收测量的水位变动区因为波浪破碎及海中微生物干扰，声波及光学成像均较为困难，又因潮差小，利用潮差的机会和范围有限，测量难度较大。
目前护面块体比较常用的校核量测方法有声呐扫描测量、光学相机图像采集等。根据块体所在环境的不同，量测一般分为水下区、水位变动区和水上区。主要存在四大缺点：
一是成本耗费高，多数项目工程，水下护面块体通过安装感应器等电信号测量护面块体的姿态，需要在护面块体安装前安装感应元件，耗费成本高，且感应器存在破损失灵的风险；
二是测量结果存在较大误差，性能不可靠，水下电信号存在较大误差，不能很好反应护面块体之间的连锁状态，只能粗略确认姿态；
三是风险较高，使用潜水员水下拍摄防波堤外侧护面块体，受到外侧涌浪影响较大，易发生潜水员碰撞块体的安全事故；
四是工作效率低，受海中漂浮物的影响水下成像模糊，需镜头靠近护面块体，方能确认，且光学摄像机距离块体越近，视角越小，观测护面块体姿态效率非常低。
技术实现要素：
本发明针对背景技术的问题提供一种护面块体可视化测量系统及方法，有效解决了护面块体各区段的测量方法，为类似施工提供参考，克服了水下成像难或需要潜水员协助的缺点，从而降低对海况的要求，并在效率的提高、成本控制、安全控制、时效性控制等方面效果显著。
为了实现上述目的，本发明提出一种护面块体可视化测量系统，包括：用于测量水下区域的声呐测量机构、用于测量水上区域的无人机及数据处理单元；
所述的声呐测量机构，包括定位装置和声呐仪，声呐仪安装于定位装置，声呐测量机构用于沿防波堤方向定点扫描最高潮时水下坡面的护面块体测量验收图，并将图像发送至数据处理单元；
所述的无人机用于沿防波堤方向拍摄最低潮时水上坡面的护面块体测量验收图，并将图像发送至数据处理单元；
所述的数据处理单元用于获取水下坡面的护面块体图像及对应位置的水下坡面的护面块体图像，并结合水下坡面的护面块体测量验收图及对应位置的水下坡面的护面块体测量验收图获取该位置的水位变动区测量验收图。
优选地，所述的声呐仪采用echoscope声呐仪，所述的数据处理单元设置有echoscope系统软件。
优选地，所述的定位装置具体为陆上定位装置，通过卫星信号进行定位。
优选地，所述的陆上定位装置位于防波堤陆地上并沿防波堤方向定点移动，所述的陆上定位装置设置有机械臂，机械臂的前端固定安装有声呐仪的探头，机械臂带动探头进入水中进行定点测量。
优选地，所述的机械臂带动探头进入水中进行定点测量，具体为：机械臂带动探头进入水中定点位置，探头旋转最大面积的扫描水下坡面的护面块体。
优选地，所述的机械臂，各节小臂均设置有传感器，采集机械臂姿态数据并发送至数据处理单元。
本发明还提出一种采用护面块体可视化测量系统进行的测量方法，包括如下步骤：
s10、沿防波堤方向定点扫描最高潮时水下坡面的护面块体测量验收图；
s20、沿防波堤方向航拍最低潮时水上坡面的护面块体测量验收图；
s30、结合水下坡面的护面块体测量验收图及对应位置的水下坡面的护面块体测量验收图获取该位置的水位变动区测量验收图；
s40、通过图像数据叠合的方式获取防波堤全断面的验收图。
优选地，步骤s10所述的沿防波堤方向定点扫描最高潮时水下坡面的护面块体测量验收图，具体为：
s101、将定位装置移动至防波堤的测量点处；
s102、在最高潮时将声呐仪的探头放入水中旋转扫描坡面的护面块体；
s103、将定位装置沿防波堤方向移动至下一测量点重复步骤s102。
优选地，s103步骤之后还包括：
s104、处理校核扫描图像中的气泡，获得清晰的测量验收图。
优选地，所述的处理校核扫描图像中的气泡，具体通过echoscope系统软件进行处理校核。
本发明提出一种护面块体可视化测量系统及方法，具有以下技术优点：
(1)提供护面块体全区段测量方案，本发明采用陆上装置配载echoscope声呐仪的测量技术，结合水上无人机拍照验收的方法，实现了覆盖水上、水下、水位变动区的全断面可视化量测，为护面块体的安装质量提供了可靠的确保手段；可为类似项目提供有效方案；
(2)对海况环境适应程度高，采用潜水员水下观察或水下摄像机拍照测量护面块体需等待良好海况方可进行，而采用本发明技术对海况适用性得到极大提高；
(3)节约成本，不需要安装感应元件或其他船机机械设备及潜水员的配合，直接利用安装设备即可进行测量验收，大大节约成本；
(4)安全性高，不涉及潜水员水下作业，彻底将水下作业转换为陆上作业，大大降低安全风险；
(5)可靠性高，水下测量结果直观的显示了护面块体的姿态及连锁状态，保证了护面块体的安装质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例中护面块体可视化测量系统结构框图；
图2为本发明第二实施例中长臂挖掘机位置示意图；
图3为本发明第三实施例中长臂挖掘机器件安装示意图；
图4为本发明第四实施例中护面块体可视化测量方法流程图；
图5为本发明一种实施例中高潮测量示意图；
图6为本发明一种实施例中低潮测量示意图；
图7为本发明第五实施例中护面块体可视化测量方法流程图；
图8为本发明第六实施例中护面块体可视化测量方法流程图；
标号说明：
①-第一as450角度传感器；②-第二as450角度传感器；③-第三as450角度传感器；④-第四as450角度传感器；⑤-航向传感器；⑥-卫星接收器；⑦-snrx20电台；⑧-snm940网关；⑨-电池；⑩-计算机；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种护面块体可视化测量系统；
本发明第一优选实施例中，如图1所示，该系统包括：用于测量水下区域的声呐测量机构、用于测量水上区域的无人机及数据处理单元；
本发明实施例中，声呐测量应用于水下区域，水线以上的可视区一般采用光学相机拍照采集；波浪在遇到防波堤结构后会发生反射和浅水破坏，往往在防波堤前方5-10m范围内生成气泡，气泡主要集中在水表面以下2m，同时该区域内也有较多的固体漂浮物，该区域不适合使用声呐仪器测量，一般使用光学测量；
本发明实施例中，声呐测量机构，包括定位装置和echoscope声呐仪，echoscope声呐仪安装于定位装置，声呐测量机构用于沿防波堤方向定点扫描最高潮时水下坡面的护面块体测量验收图，并将图像发送至数据处理单元；
本发明实施例中，通过定位装置、水下测量配备声呐测量设备及天宝系统对护面块体进行扫描测量；本发明实施例中选用coda公司的3d声呐echoscope作为校核量测设备，echoscope同时也是护面块体安装的实时监控设备，故此方法实现了安装实时监控测量和装后复核测量设备的统一，一套设备完成安装和验收测量工作，节约成本。
本发明实施例中，定位装置控制测量需要天宝系统配合，天宝(trimble)系统根据卫星接收器接收的gnss信号及机载电台接收的来自基准站的位置修正信号，使用载波相位动态实时差分法(rtk)解算出厘米级精度的定位坐标，为echoscope系统提供定位参数。
本发明实施例中，无人机用于沿防波堤方向拍摄最低潮时水上坡面的护面块体测量验收图，并将图像发送至数据处理单元；
本发明实施例中，数据处理单元用于获取水下坡面的护面块体图像及对应位置的水下坡面的护面块体图像，并结合水下坡面的护面块体测量验收图及对应位置的水下坡面的护面块体测量验收图获取该位置的水位变动区测量验收图，数据处理单元设置有echoscope系统软件。
本发明实施例中，由于波浪破碎带和固体漂浮物，echoscope测量声波数据在该区域损坏，无法获取清晰的图像，因此水位变动区约有3层护面块体无法被测量；此时利用潮差，在高潮位时尽量获取更大的水下测量范围，利用低潮，尽量获取更大范围水上部分的光学测量。
本发明第二优选实施例中，如图2所示，对第一优选实施例的基础上进一步限定，所述的定位装置具体为陆上定位装置，本发明实施例中，所述的陆上定位装置采用长臂挖掘机；长臂挖掘机位于防波堤陆地上并沿防波堤方向定点移动，所述的陆上定位装置设置有机械臂，机械臂的前端固定安装有声呐仪的探头，机械臂带动探头进入水中定点位置，探头旋转最大面积的扫描水下坡面的护面块体。
本发明实施例中，echoscope探头悬挂在长臂挖掘机前臂端的加长臂架上，通过挖掘机操作旋转臂架使得echoscope获得适合的扫描角度和距离，同时echoscope探头自带的旋转系统isar也可以使echoscope具有仪器平面内旋转的能力，从而补偿臂架旋转的部分盲区，因此该套系统的扫描视角能够一次覆盖整个水下岸坡断面。为清晰测量每一个块体以及块体之间的两两连锁关系，如图2所示测量时调整echoscope扫描的波束宽度为1个护面块体高度，即1h＝2m，而echoscope距离块体表面约2.5h时图像最佳。
本发明实施例中，由于echoscope声呐仪只能在水下使用，因此测量时保持echoscope探头至少在水面以下1m深度；拟测护面块体的位置通过系统定位技术确定，并记录相应的编号；为保证测量覆盖测区所有护面块体，每次测量的步距不大于1.5m，从而保证前后两次测量重叠0.5m以上。
本发明第三优选实施例中，如图3所示，对第二优选实施例的基础上进一步限定，echoscope探头
本发明还提出一种采用护面块体可视化测量系统进行的测量方法；
本发明第四优选实施例中，如图4所示，包括如下步骤：
s10、沿防波堤方向定点扫描最高潮时水下坡面的护面块体测量验收图；
本发明实施例中，安装echoscope声呐，连接各项设备，启动发电机，确保各项设备正常运行；导入护面块体下垫层石坡面的3d模型，移动设备到制定测量位置，在最高潮时，将echoscope声呐通过挖机放入水面以下，通过旋转系统旋转声呐头，扫描整个坡面，完成后沿着防波堤方向移动挖机2m，继续之前的操作扫描，依次类推直至完成整个坡面；
s20、沿防波堤方向航拍最低潮时水上坡面的护面块体测量验收图；
水上部分测量主要依靠光学照相机(无人机)，在波浪下爬的最低点可获得最大拍照可视范围。本发明实施例中，防波堤里程1700m的典型施工断面为例，如图5和图6所示，通过水下量测可以获得第9排的图片数据，第10排数据可以选择在海况较为平静、水质清晰的情况下，使用拍照的方法，光学相机可拍摄到水面以下1-2排的护面块体，通过声呐数据和光学拍照数据的叠合，从而实现全断面的可视化验收；本发明实施例中，选择最低潮水且水质较清的海况，做好里程桩号标志牌；起飞无人机，到指定测量坡面，调整好拍照角度，保证图像画面足够清晰，在同一位置，连续拍摄5张以上照片；导出拍摄照片，挑选涌浪活动到最低时的照片，可得到第10层以上的护面块体的验收测量图。
s30、结合水下坡面的护面块体测量验收图及对应位置的水下坡面的护面块体测量验收图获取该位置的水位变动区测量验收图；
本发明实施例中，防波堤里程1700m的典型施工断面为例，如图5和图6所示，在平均潮位附近，断面中第9、10、11层无法测量扫描；如下图5所示，高水位时，echoscope的测量范围可以到达第9层，通过采用水下校核测量步骤测量；如下图6所示，低潮时，第10、11层块露出水面，采用无人机等光学拍照进行拍照测量，具体步骤见水上区域测量。
s40、通过图像数据叠合的方式获取防波堤全断面的验收图。
本发明第五优选实施例中，如图7所示，在第四优选实施例的基础上进一步限定，包括如下步骤：
s101、将定位装置移动至防波堤的测量点处；
本发明实施例中，安装echoscope声呐，连接各项设备，启动发电机，确保各项设备正常运行；导入护面块体下垫层石坡面的3d模型，移动设备到制定测量位置；
s102、在最高潮时将声呐仪的探头放入水中旋转扫描坡面的护面块体；
本发明实施例中，在最高潮时，将echoscope声呐通过挖机放入水面以下，通过旋转系统旋转声呐头，扫描整个坡面；
s103、将定位装置沿防波堤方向移动至下一测量点重复步骤s102，直至完成所有扫描。
本发明实施例中，完成后沿着防波堤方向移动挖机2m，继续之前的操作扫描，依次类推直至完成整个坡面；
s20、沿防波堤方向航拍最低潮时水上坡面的护面块体测量验收图；
水上部分测量主要依靠光学照相机(无人机)，在波浪下爬的最低点可获得最大拍照可视范围。本发明实施例中，防波堤里程1700m的典型施工断面为例，如图5和图6所示，通过水下量测可以获得第9排的图片数据，第10排数据可以选择在海况较为平静、水质清晰的情况下，使用拍照的方法，光学相机可拍摄到水面以下1-2排的护面块体，通过声呐数据和光学拍照数据的叠合，从而实现全断面的可视化验收；本发明实施例中，选择最低潮水且水质较清的海况，做好里程桩号标志牌；起飞无人机，到指定测量坡面，调整好拍照角度，保证图像画面足够清晰，在同一位置，连续拍摄5张以上照片；导出拍摄照片，挑选涌浪活动到最低时的照片，可得到第10层以上的护面块体的验收测量图。
s30、结合水下坡面的护面块体测量验收图及对应位置的水下坡面的护面块体测量验收图获取该位置的水位变动区测量验收图；
本发明实施例中，防波堤里程1700m的典型施工断面为例，如图5和图6所示，在平均潮位附近，断面中第9、10、11层无法测量扫描；如下图5所示，高水位时，echoscope的测量范围可以到达第9层，通过采用水下校核测量步骤测量；如下图6所示，低潮时，第10、11层块露出水面，采用无人机等光学拍照进行拍照测量，具体步骤见水上区域测量。
s40、通过图像数据叠合的方式获取防波堤全断面的验收图。
本发明第六优选实施例中，如图8所示，在第四优选实施例的基础上进一步限定，包括如下步骤：
s101、将定位装置移动至防波堤的测量点处；
本发明实施例中，安装echoscope声呐，连接各项设备，启动发电机，确保各项设备正常运行；导入护面块体下垫层石坡面的3d模型，移动设备到制定测量位置；
s102、在最高潮时将声呐仪的探头放入水中旋转扫描坡面的护面块体；
本发明实施例中，在最高潮时，将echoscope声呐通过挖机放入水面以下，通过旋转系统旋转声呐头，扫描整个坡面；
s103、将定位装置沿防波堤方向移动至下一测量点重复步骤s102。
本发明实施例中，完成后沿着防波堤方向移动挖机2m，继续之前的操作扫描，依次类推直至完成整个坡面；
s104、处理校核扫描图像中的气泡，获得清晰的测量验收图。
本发明实施例中，使用echoscope系统软件，处理校核测量得到的扫描图像中的气泡，得到水下清晰的测量验收图；
s20、沿防波堤方向航拍最低潮时水上坡面的护面块体测量验收图；
水上部分测量主要依靠光学照相机(无人机)，在波浪下爬的最低点可获得最大拍照可视范围。本发明实施例中，防波堤里程1700m的典型施工断面为例，如图5和图6所示，通过水下量测可以获得第9排的图片数据，第10排数据可以选择在海况较为平静、水质清晰的情况下，使用拍照的方法，光学相机可拍摄到水面以下1-2排的护面块体，通过声呐数据和光学拍照数据的叠合，从而实现全断面的可视化验收；本发明实施例中，选择最低潮水且水质较清的海况，做好里程桩号标志牌；起飞无人机，到指定测量坡面，调整好拍照角度，保证图像画面足够清晰，在同一位置，连续拍摄5张以上照片；导出拍摄照片，挑选涌浪活动到最低时的照片，可得到第10层以上的护面块体的验收测量图。
s30、结合水下坡面的护面块体测量验收图及对应位置的水下坡面的护面块体测量验收图获取该位置的水位变动区测量验收图；
本发明实施例中，防波堤里程1700m的典型施工断面为例，如图5和图6所示，在平均潮位附近，断面中第9、10、11层无法测量扫描；如下图5所示，高水位时，echoscope的测量范围可以到达第9层，通过采用水下校核测量步骤测量；如下图6所示，低潮时，第10、11层块露出水面，采用无人机等光学拍照进行拍照测量，具体步骤见水上区域测量。
s40、通过图像数据叠合的方式获取防波堤全断面的验收图。
在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读取介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读取介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
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