换能器自动定位方法、系统、电子设备及存储介质与流程

本技术涉及换能器定位，具体涉及一种换能器自动定位方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、超声波流量计测流系统由主机、模块、换能器等设备组成，换能器相当于超声波传感器，用于发射和接收超声波，基于声波在顺流和逆流中的时间差实现流速和流量的测量。

2、对于超声波流量计换能器的安装，包括：定位、安装、对准、复测等步骤。由于超声波传感器信号发射面较小，因此对换能器的定位精度要求较高。传统的换能器定位主要以人工操作为主，需要人员经过经纬仪、激光测距仪等仪器进行现场测量，确定换能器的安装位置。然而这种传统的换能器定位方法涉及的计算量多且操作不便，使得人工操作误差大，从而导致换能器定位的准确程度较低。

3、因此，如何提升换能器定位的准确程度，成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种换能器自动定位方法、系统、电子设备及存储介质，可以有效提升换能器定位的准确程度。

2、第一方面，本技术提供了一种换能器自动定位方法，所述方法包括：确定流道内全站仪的架设位置；在将所述全站仪设置于所述架设位置之后，确定多个换能器的安装范围；所述安装范围内设置有多个流道内壁测点；利用所述全站仪对所述安装范围进行扫描，得到流道壁面坐标数据；基于所述流道壁面坐标数据将多个所述流道内壁测点进行拟合，得到拟合面对应的流道内壁面函数；基于所述流道内壁面函数对多个所述流道内壁测点进行筛选，得到多个有效内壁测点；基于多个所述有效内壁测点，确定各个换能器对应的实际安装坐标数据。

3、通过采用上述技术方案，通过确定流道内全站仪的架设位置，从而确保全站仪能够无遮挡地测量到所有换能器探头点，提高测量数据的准确性和可靠性。通过基于流道壁面坐标数据拟合流道内壁测点，从而得到精确的流道内壁面函数，为换能器的精确安装提供了关键的几何参考。通过基于流道内壁面函数对流道内壁测点进行筛选得到有效内壁测点，从而剔除潜在的异常点，提高了换能器安装点选择的准确性。通过基于有效内壁测点确定换能器的实际安装坐标数据，从而保证了换能器能够在最佳位置进行精确安装，进而有效换能器定位的准确程度。

4、可选的，所述流道内壁面函数包括矩形流道内壁面函数和圆形流道内壁面函数；所述基于所述流道壁面坐标数据将多个所述流道内壁测点进行拟合，得到拟合面对应的流道内壁面函数，具体包括：确定流道类型；所述流道类型包括矩形流道和圆形流道；当所述流道类型为所述矩形流道时，确定所述矩形流道对应的矩形流道壁面平面方程；基于多个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据，对所述矩形流道壁面平面方程进行拟合，得到所述矩形流道内壁面函数；当所述流道类型为所述圆形流道时，确定所述圆形流道对应的圆形流道壁面圆柱方程；基于多个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据，对所述圆形流道壁面圆柱方程进行拟合，得到所述圆形流道内壁面函数。

5、通过采用上述技术方案，通过确定流道类型为矩形或圆形流道，从而为后续的测量和分析提供了明确的几何基础，确保了拟合方法的适用性和精确性。通过为矩形流道确定对应的矩形流道壁面平面方程，从而精确地描述了矩形流道内壁的几何特性，提升了矩形流道的精确建模和换能器定位的准确性。通过基于流道内壁测点的坐标数据对矩形流道壁面平面方程进行拟合，从而得到准确的矩形流道内壁面函数，进一步提高了换能器安装和流道监测的精确度。通过为圆形流道确定对应的圆形流道壁面圆柱方程，从而提升了圆形流道的精确建模和换能器定位的准确性。通过基于流道内壁测点的坐标数据对圆形流道壁面圆柱方程进行拟合，从而得到精确的圆形流道内壁面函数，确保了换能器定位的准确性。

6、可选的，所述基于多个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据，对所述矩形流道壁面平面方程进行拟合，得到所述矩形流道内壁面函数，具体包括：所述矩形流道壁面平面方程通过下列公式表示：；其中，为所述矩形流道壁面平面方程的法向量，且a、b、c、d均为常数；(x,y,z)为矩形流道壁面上的流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据；将n个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据代入所述矩形流道壁面平面方程，最小化n个所述流道内壁测点到矩形流道壁面的垂直距离的平方和，确定第一系数、第二系数以及第三系数分别对应的系数值；所述最小化n个所述流道内壁测点到矩形流道壁面的垂直距离的平方和通过下列公式表示：；其中，为第一系数，为第二系数，为第三系数，且；为第i个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据；基于所述第一系数、所述第二系数以及所述第三系数分别对应的系数值，得到所述矩形流道内壁面函数。

7、可选的，所述基于多个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据，对所述圆形流道壁面圆柱方程进行拟合，得到所述圆形流道内壁面函数，具体包括：所述圆形流道壁面圆柱方程通过下列公式表示：；其中，为圆柱轴线上基点，(x,y,z)为圆形流道壁面上的流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据，为圆柱轴线的单位方向向量， l、 m、 n均为常数，且；r为圆柱半径；将n个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据代入所述矩形流道壁面平面方程，最小化n个所述流道内壁测点到圆形流道壁面的距离的平方和，确定 x0、 y0、 z0、 l、 m、 n以及 r分别对应的系数值；所述最小化n个所述流道内壁测点到圆形流道壁面的距离的平方和通过下列公式表示：；；其中，为第i个所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据；为第i个所述流道内壁测点到所述圆柱轴线的单位方向向量的距离；基于 x0、 y0、 z0、 l、 m、 n以及 r分别对应的系数值，得到所述圆形流道内壁面函数。

8、可选的，所述基于所述流道内壁面函数对多个所述流道内壁测点进行筛选，得到多个有效内壁测点，具体包括：基于所述流道内壁面函数，计算所有所述流道内壁测点到所述拟合面的距离，得到多个拟合误差；对多个所述拟合误差进行统计分析，得到平均值和标准差；基于多个所述拟合误差、所述平均值和所述标准差，从多个所述流道内壁测点中筛选得到多个所述有效内壁测点。

9、通过采用上述技术方案，通过基于流道内壁面函数计算所有流道内壁测点到拟合面的距离，从而得到多个拟合误差，确保了对流道壁面几何形状的准确测量和评估。通过对多个拟合误差进行统计分析以得到平均值和标准差，从而有效评估数据的整体质量和一致性，确保了筛选出的有效内壁测点在数学上与流道的实际几何形状高度一致。通过基于拟合误差、平均值和标准差从流道内壁测点中筛选得到有效内壁测点，从而剔除潜在的异常点，提高了换能器安装点选择的准确性。

10、可选的，所述基于多个所述有效内壁测点，确定各个换能器对应的实际安装坐标数据，具体包括：基于全部所述流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据，构建第一点云；所述第一点云中的流道壁面坐标数据为全站仪坐标系下的坐标数据；对所述第一点云进行转换，得到第二点云；所述第二点云中的流道壁面坐标数据为图纸坐标系下的坐标数据；对所述第二点云中全部流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据进行转换，得到全部流道内壁测点在全站仪坐标系下的相对坐标数据；将各个所述有效内壁测点作为各个换能器对应的实际安装位置，并基于各个所述有效内壁测点对应的相对坐标数据，确定各个换能器对应的所述实际安装坐标数据。

11、通过采用上述技术方案，通过基于全部流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据构建第一点云，从而为流道内壁面提供了一个高度详细和精确的三维视图，为后续的数据处理和换能器安装提供了准确的基础。通过将第一点云中的流道壁面坐标数据转换为图纸坐标系下的坐标数据，从而确保了实际测量数据与设计阶段的数据一致。通过对第二点云中全部流道内壁测点对应的流道壁面坐标数据进行转换，得到全部流道内壁测点在全站仪坐标系下的相对坐标数据，从而保证了换能器安装的准确性。通过将各个有效内壁测点作为换能器对应的实际安装位置，并基于这些测点的相对坐标数据确定换能器的实际安装坐标数据，从而确保了换能器能够在最佳位置进行精确安装。

12、可选的，所述对所述第一点云进行转换，得到第二点云，具体包括：基于第一旋转矩阵，将所述第一点云绕x轴旋转第一预设角度，使所述第一点云对应的轴线与yoz平面平行，得到第三点云；基于第二旋转矩阵，将所述第三点云绕y轴旋转第二预设角度，使所述第二点云对应的轴线与zox平面平行，得到第四点云；基于平移向量，将所述第四点云对应的中心点平移至所述图纸坐标系对应的原点，得到所述第二点云。

13、通过采用上述技术方案，通过基于第一旋转矩阵将第一点云绕x轴旋转第一预设角度，从而使得点云的轴线与yoz平面平行，为后续的坐标转换和数据分析提供了正确的方向对齐，增强了数据的准确性和可用性。通过基于第二旋转矩阵将第三点云绕y轴旋转第二预设角度，从而使得点云的轴线与zox平面平行，进一步确保了点云数据在空间上与预定的设计或分析方向一致，优化了数据的空间定位。通过基于平移向量将第四点云的中心点平移到图纸坐标系对应的原点，从而得到第二点云，确保了点云数据在空间位置上与工程设计或分析需求完全对齐，进而实现了换能器的精确定位。

14、在本技术的第二方面提供了一种换能器自动定位系统，所述系统包括测量控制模块和处理模块；所述处理模块，用于确定流道内全站仪的架设位置；所述测量控制模块，用于在将所述全站仪设置于所述架设位置之后，确定多个换能器的安装范围；所述安装范围内设置有多个流道内壁测点；所述测量控制模块，还用于利用所述全站仪对所述安装范围进行扫描，得到流道壁面坐标数据；所述处理模块，还用于基于所述流道壁面坐标数据将多个所述流道内壁测点进行拟合，得到拟合面对应的流道内壁面函数；所述处理模块，还用于基于所述流道内壁面函数对多个所述流道内壁测点进行筛选，得到多个有效内壁测点；所述处理模块，还用于基于多个所述有效内壁测点，确定各个换能器对应的实际安装坐标数据。

15、在本技术的第三方面提供了一种电子设备，包括处理器、存储器、用户接口及网络接口，所述存储器用于存储指令，所述用户接口和网络接口用于给其它设备通信，所述处理器用于执行所述存储器中存储的指令，以使所述电子设备执行如本技术第一方面任意一项所述的方法。

16、在本技术的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有能够被处理器加载并执行如本技术第一方面任意一项所述的方法的计算机程序。

17、综上所述，本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

18、通过确定流道内全站仪的架设位置，从而确保全站仪能够无遮挡地测量到所有换能器探头点，提高测量数据的准确性和可靠性。通过基于流道壁面坐标数据拟合流道内壁测点，从而得到精确的流道内壁面函数，为换能器的精确安装提供了关键的几何参考。通过基于流道内壁面函数对流道内壁测点进行筛选得到有效内壁测点，从而剔除潜在的异常点，提高了换能器安装点选择的准确性。通过基于有效内壁测点确定换能器的实际安装坐标数据，从而保证了换能器能够在最佳位置进行精确安装，进而有效换能器定位的准确程度。