基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构方法与流程

本发明涉及三维重构，特别涉及一种基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构方法。

背景技术：

1、在吹填区水下地形的三维重构作业中，通常利用多波束测深仪等遥测设备获取水下点云数据，并采用三角剖分等图形算法将点云转换为表面网格模型，以供施工监控参考。现有的重构方法大多采用全局统一的网格处理机制，即在接收到时序点云数据后，对全域地形网格进行同步的拓扑重构或采用统一的降采样算法进行处理。

2、在实际吹填施工场景中，水下地形具有空间分布的不均匀性与时间演化的差异性。排泥作业点附近的区域因泥沙持续堆积或冲刷，表现出地形突变与高频演化特征；而远离作业点的区域，地形相对平缓且趋向于固化稳定。而现有的全局统一网格处理机制未能结合不同区域的演化状态进行区分计算，这导致系统在处理时序输入数据时，针对稳定区域执行了不必要的网格拓扑更新计算，产生计算资源损耗；

3、同时，针对突变区域受限于全局算力均摊，难以针对性地生成高密度局部网格。此种处理方式难以兼顾重构效率与局部网格形态特征，容易引发数据处理延迟以及特定施工区域地形边界表达不够清晰的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构方法，以改善水下地形模型生成过程中的运算调度效率。

2、为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构方法，包括：

3、获取多源时序遥测点云数据并进行自适应滤波，分别输出具有第一密度的有效骨架点集与具有第二密度的有效细节点集，且所述第一密度小于所述第二密度；

4、基于所述多源时序遥测点云数据中的首帧有效点集生成覆盖全域的基础宏观三维网格面，并为每个网格单元分配初始时空属性；

5、计算各所述网格单元的时空联合拓扑梯度，基于空间结构特征将地形划分为包括平缓均匀区、突变区和稳定区在内的多个结构类型，并基于时序活跃度划分为包括基础态、演化态和固化态在内的生命周期状态，完成双维度精细分区；

6、对处于所述基础态的所述平缓均匀区内的网格单元，执行自适应时序高程更新，并保持网格拓扑连接关系不变；

7、对处于所述演化态的所述突变区内的网格单元，执行局部网格拓扑更新，生成高密局部面片；

8、对处于所述固化态的所述稳定区内的网格单元，采用半边折叠算法执行渐进式网格简化，降低网格密度并回退至基础网格分辨率；

9、将所有高密局部面片与简化后的网格及基础网格进行拓扑缝合，得到拓扑完整的全域三维表面网格并执行实时渲染输出。

10、为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构系统，包括：

11、数据获取与滤波模块，用于获取多源时序遥测点云数据并进行自适应滤波，分别输出具有第一密度的有效骨架点集与具有第二密度的有效细节点集，且所述第一密度小于所述第二密度；

12、基础网格初始化模块，用于基于所述多源时序遥测点云数据中的首帧有效点集生成覆盖全域的基础宏观三维网格面，并为每个网格单元分配初始时空属性；

13、双维度精细分区模块，用于计算各所述网格单元的时空联合拓扑梯度，基于空间结构特征将地形划分为包括平缓均匀区、突变区和稳定区在内的多个结构类型，并基于时序活跃度划分为包括基础态、演化态和固化态在内的生命周期状态，完成双维度精细分区；

14、基础态更新模块，用于对处于所述基础态的所述平缓均匀区内的网格单元，执行自适应时序高程更新，并保持网格拓扑连接关系不变；

15、演化态更新模块，用于对处于所述演化态的所述突变区内的网格单元，执行局部网格拓扑更新，生成高密局部面片；

16、固化态简化模块，用于对处于所述固化态的所述稳定区内的网格单元，采用半边折叠算法执行渐进式网格简化，降低网格密度并回退至基础网格分辨率；

17、拓扑缝合与渲染输出模块，用于将所有高密局部面片与简化后的网格及基础网格进行拓扑缝合，得到拓扑完整的全域三维表面网格并执行实时渲染输出。

18、为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电子设备，包括存储器、处理器和存储在所述存储器上的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构方法。

19、本发明实施例方法在接收遥测点云数据后，通过计算网格单元的时空联合拓扑梯度并结合空间结构特征与时序活跃度，完成了地形网格的双维度精细分区。在实际施工作业中，系统能够据此区分出存在特征变化的地形区域与保持平缓的地形区域，并针对不同区域调度匹配的数据处理逻辑。针对平缓均匀区仅更新高程并维持原有网格拓扑，针对演化态突变区执行局部拓扑更新以保留高密度施工细节，针对固化态稳定区则执行渐进式网格简化以降低数据密度，最后进行全域拓扑缝合。

20、该机制依据地形所处的物理阶段分配差异化的计算资源，减少了对无状态改变区域的重复拓扑剖分计算，在维持局部突变特征几何精度的前提下，缓解了三维表面网格整体渲染的数据负载，改善了水下地形模型生成过程中的运算调度效率。

1.一种基于遥测数据的吹填区水下地形实时三维重构方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多源时序遥测点云数据并进行自适应滤波，分别输出具有第一密度的有效骨架点集与具有第二密度的有效细节点集，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述多源时序遥测点云数据中的首帧有效点集生成覆盖全域的基础宏观三维网格面，并为每个网格单元分配初始时空属性，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算各所述网格单元的时空联合拓扑梯度，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于空间结构特征将地形划分为包括平缓均匀区、突变区和稳定区在内的多个结构类型，并基于时序活跃度划分为包括基础态、演化态和固化态在内的生命周期状态，完成双维度精细分区，包括：

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对处于所述基础态的所述平缓均匀区内的网格单元，执行自适应时序高程更新，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对处于所述演化态的所述突变区内的网格单元，执行局部网格拓扑更新，生成高密局部面片，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用半边折叠算法执行渐进式网格简化，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对处于所述演化态的所述突变区内的网格单元，执行局部网格拓扑更新之前，还包括：

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所有高密局部面片与简化后的网格及基础网格进行拓扑缝合，得到拓扑完整的全域三维表面网格并执行实时渲染输出，包括：