一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法及系统与流程

本发明涉及测量，具体涉及一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法及系统。

背景技术：

1、筒仓在长期使用过程中可能因基础沉降、结构受力不均或局部外壁变形产生轴线偏移。轴线偏移识别结果可用于表征筒仓不同高度位置的横向位置变化，是进行结构状态分析的重要数据基础。现有技术通常利用单个或多个测距设备采集筒仓外壁测点，并在不同检测高度对外壁测点进行圆拟合、截面中心拟合或截面法向估计，再根据多个检测高度的拟合结果确定筒仓轴线。

2、然而，筒仓外壁测点同时受到截面中心偏移、局部凹凸变形、测点周向分布不均以及测距设备系统偏差的影响。现有技术通常直接将同一检测高度的全部外壁测点作为截面拟合输入，难以区分整体截面中心偏移与局部外壁形变，局部形变测点可能牵引拟合中心偏离实际截面中心。不同测距设备的测距偏差还会随测站方向叠加至外壁测点坐标，若各检测高度分别独立拟合，测站偏差容易被误认为筒仓轴线偏移。与此同时，相邻检测高度的截面中心缺少统一的层间关联约束，局部异常测点可能导致目标截面中心序列出现非连续折转。由此，现有处理方式难以在局部形变、测站偏置和多高度测量数据共同存在的条件下，稳定分离真实轴线偏移并形成连续的截面中心序列。

技术实现思路

1、本发明提供一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法及系统，用于至少解决如何在局部外壁形变和测站偏置共同影响的条件下识别多个检测高度的目标截面中心并生成筒仓轴线偏移识别结果的问题。

2、第一方面，本发明提供一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法，该方法包括：

3、获取多个激光测距站的测距数据，按检测高度形成外壁测距点集合；基于各外壁测距点集合的候选截面中心，将周向相反的外壁测距点配对为反向弦；根据反向弦的中点漂移向量生成截面中心约束，根据反向弦两端的径向差值及径向和值生成局部形变约束，根据径向差值的一阶奇对称分量确定径向差值相位；根据相邻的检测高度的径向差值相位和局部形变约束生成层间轴线约束；基于截面中心约束、局部形变约束、层间轴线约束和测站偏置约束联合求解目标截面中心序列，根据目标截面中心序列生成筒仓轴线偏移识别结果。

4、第二方面，本发明提供一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别系统，用于实施多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法，该系统包括：测距归集模块，用于获取多个激光测距站的测距数据，按检测高度形成外壁测距点集合；反向配对模块，用于基于各外壁测距点集合的候选截面中心，将周向相反的外壁测距点配对为反向弦；约束提取模块，用于根据反向弦的中点漂移向量生成截面中心约束，根据反向弦两端的径向差值及径向和值生成局部形变约束，并根据径向差值的一阶奇对称分量确定径向差值相位；层间约束模块，用于根据相邻的检测高度的径向差值相位和局部形变约束生成层间轴线约束；联合识别模块，用于基于截面中心约束、局部形变约束、层间轴线约束和测站偏置约束联合求解目标截面中心序列，并根据目标截面中心序列生成筒仓轴线偏移识别结果。

5、相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：

6、通过按检测高度形成外壁测距点集合，使多个激光测距站采集的测距数据能够在统一高度层级下参与截面中心识别。通过基于候选截面中心将周向相反的外壁测距点配对为反向弦，使截面两侧的测距信息形成具有明确空间对应关系的处理对象。通过反向弦的中点漂移向量生成截面中心约束，能够从多个周向方向共同限定候选截面中心的修正方向。通过反向弦两端的径向差值及径向和值生成局部形变约束，使整体截面中心偏移与局部外壁形变能够分别表征，并降低局部形变弦对截面中心求解的影响。通过径向差值相位和局部形变约束生成层间轴线约束，能够限定不同检测高度之间的截面中心变化关系。通过测站偏置约束与其他约束联合求解，使测站偏置变量与目标截面中心序列在同一处理过程中被共同确定。由此，能够形成连续、边界清楚且受局部形变和测站偏置影响较小的筒仓轴线偏移识别结果。

1.一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取多个激光测距站的测距数据，按检测高度形成外壁测距点集合，包括：获取各所述激光测距站的测距值、激光发射方向和站位标定参数，所述站位标定参数包括站位坐标和姿态参数；根据所述测距值、所述激光发射方向和所述站位标定参数确定统一坐标系下的外壁测距点，并按所述检测高度对所述外壁测距点进行归集，形成所述外壁测距点集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各所述外壁测距点集合的候选截面中心，将周向相反的外壁测距点配对为反向弦，包括：针对任一所述外壁测距点集合，根据所述候选截面中心确定各外壁测距点的周向角，并按照所述周向角划分周向扇区；将位于互为反向的所述周向扇区内的外壁测距点确定为候选点对，并计算各所述候选点对的配对代价；在任一所述候选点对中的两个外壁测距点互为配对代价最小的候选点的情况下，将所述候选点对确定为所述反向弦。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述配对代价为角度偏差、高度偏差、回波质量项和弦长偏差的加权和；所述角度偏差为两个外壁测距点的周向角差与半周角之间的绝对差值，所述高度偏差为两个所述外壁测距点的高度差绝对值，所述回波质量项基于两个所述外壁测距点的回波质量参数确定，并在任一所述回波质量参数降低时增大，所述弦长偏差为两个所述外壁测距点之间的弦长与同一所述检测高度的候选点对弦长中位数之间的绝对差值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述反向弦的中点漂移向量生成截面中心约束，包括：根据所述反向弦的两个端点确定反向弦中点，根据所述反向弦中点与所述候选截面中心之间的位置差确定中点漂移向量；对多个所述中点漂移向量进行加权平均，得到平均漂移向量，并根据各所述中点漂移向量与所述平均漂移向量的方向关系筛选中点漂移向量；基于筛选后的所述中点漂移向量生成所述截面中心约束，所述截面中心约束用于限定所述候选截面中心的修正方向。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述反向弦两端的径向差值及径向和值生成局部形变约束，包括：针对任一所述检测高度，根据各所述反向弦的两个端点相对于所述候选截面中心的径向距离，确定各所述反向弦的径向差值和径向和值；根据多个所述径向差值拟合由余弦项和正弦项构成的所述一阶奇对称分量，并确定各所述径向差值相对于所述一阶奇对称分量的差值残差绝对值；根据各所述径向和值与径向和值中位数之间的差值绝对值确定径向和值偏差；在任一所述反向弦的所述差值残差绝对值大于差值残差阈值且所述径向和值偏差大于和值偏差阈值的情况下，将所述反向弦确定为局部形变弦，并基于所述局部形变弦生成所述局部形变约束。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述局部形变约束包括基于所述局部形变弦的径向和值偏差确定的中心约束权重，所述中心约束权重随所述径向和值偏差增大而减小；基于所述中心约束权重调整所述局部形变弦在所述截面中心约束中的权重，得到调整后的截面中心约束，并将所述调整后的截面中心约束作为所述目标截面中心序列的联合求解输入。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据相邻的所述检测高度的所述径向差值相位和所述局部形变约束生成层间轴线约束，包括：根据连续三个所述检测高度的所述径向差值相位确定相位二阶变化量，根据各所述检测高度的局部形变弦数量与反向弦数量的比值确定局部形变比例；根据所述相位二阶变化量和所述局部形变比例确定层间轴线约束权重，并基于所述层间轴线约束权重生成所述层间轴线约束。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述截面中心约束、所述局部形变约束、所述层间轴线约束和根据各所述激光测距站的标定误差及重复测量离散程度确定的测站偏置约束联合求解目标截面中心序列，包括：以各所述检测高度的截面中心和各所述激光测距站的测站偏置变量为待求变量，基于所述截面中心约束限定同一检测高度的截面中心位置，基于所述局部形变约束确定各所述反向弦的中心约束权重，基于所述层间轴线约束限定不同检测高度之间的截面中心变化关系，基于所述测站偏置约束限定所述测站偏置变量并修正各所述激光测距站的测距数据；对所述待求变量进行联合求解，得到各所述检测高度的目标截面中心，并按所述检测高度排列所述目标截面中心，形成所述目标截面中心序列。

10.一种多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别系统，用于实施权利要求1至9任一项所述的多站激光测距约束的筒仓轴线偏移识别方法，其特征在于，所述系统包括：