一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统的制作方法

1.本发明涉及河底石块填充技术领域，具体为一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统。


背景技术：

2.将管道铺设在河底时由于受到水的浮力会上浮，需要在河底铺设石块避免管道上浮，为避免影响原有河床，在铺设石块时需要找平，对于在河底铺设石块找平工作，现有的方式是：将绳子分段，挂住石块进行铺设，将石块利用绳结方式测量石块到水面的距离，根据距离差判断石块铺设是否平等，但是，现有方式存在一些问题：首先，绳子在水中会变形弯曲，距离测量结果准确率差；其次，运用绳结铺设石块效率过低；
3.依据探测到的河床图像建立河床底部模型，模拟铺设石块找平，将河底抛石过程可视化，再按照模拟方案进行石块填充找平工作，有利于一次性完成石块填充工作，大大提高了铺设石块的效率，其次通过模拟方式能够清晰地了解铺设的石块是否平等，提高了石块找平结果的准确率。
4.所以，人们需要一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统，其特征在于：所述系统包括：河床探测模块、数据处理中心、河床模型建立模块、数据采集模块和石块铺设模拟模块；
7.所述河床探测模块、数据采集模块的输出端连接所述数据处理中心的输入端，所述数据处理中心的输出端连接所述河床模型建立模块的输入端，所述河床模型建立模块的输出端连接所述石块铺设模拟模块的输入端；
8.所述河床探测模块用于探测需要铺设石块的河床图像；所述数据采集模块用于采集待铺设的石块体积；所述数据处理中心用于存储探测到的河床图像及石块体积数据；所述河床模型建立模块用于对部分河床进行建模并拟合，对三维模型进行切片比对；所述石块铺设模拟模块用于按采集到的石块体积大小模拟铺设底层石块，并按切片比对结果确认二次投石的位置，模拟石块填充找平，依据模拟方案填充石块，有利于提高铺设石块的效率，也提高了铺设石块的平等度，解决了现有方式中工作效率低下、石块平等度差等问题。
9.进一步的，所述河床探测模块包括河床图像探测单元、投石界限设定单元和分段截取模拟单元；
10.所述河床图像探测单元的输出端连接所述分段截取模拟单元的输入端；
11.所述河床图像探测单元用于探测获取需要铺设石块的河床图像，将探测到的图像传输到所述数据处理中心中，所述投石界限设定单元用于设定铺设石块的最高高度，所述
分段截取模拟单元用于在截取一段河床进行模拟铺设石块。
12.进一步的，所述数据采集模块包括石块体积采集单元和石块体积比对单元；
13.所述石块体积采集单元的输出端连接所述石块体积比对单元的输入端；
14.所述石块体积采集单元用于采集待铺设石块的体积大小，所述石块体积比对单元用于比较石块体积，按体积从大到小进行排序。
15.进一步的，所述河床模型建立模块包括河床建模单元、模型拟合单元、投石区域体积分析单元、二次建模单元、三维模型切片单元和相似切片比对单元；
16.所述河床建模单元的输入端连接所述投石界限设定单元和分段截取模拟单元的输出端，所述河床建模单元的输出端连接所述模型拟合单元、所述二次建模单元的输入端，所述模型拟合单元的输出端连接所述投石区域体积分析单元的输入端，所述二次建模单元的输出端连接所述三维模型切片单元的输入端，所述三维模型切片单元的输出端连接所述相似切片比对单元的输入端；
17.所述河床建模单元用于对截取的河床部分进行建模，所述模型拟合单元用于对不规则模型进行拟合，所述投石区域体积分析单元用于依据拟合后的模型分析需要投石区域的体积，所述二次建模单元用于在铺设完底层石块后对河床进行二次建模，建立三维模型，所述三维模型切片单元用于对三维模型进行切片，寻找相似切片形状，所述相似切片比对单元用于通过比对相似切片寻找铺设完底层石块后河床的最低凹陷点。
18.进一步的，所述石块铺设模拟模块包括底层石块铺设单元和填充投石定点单元；
19.所述底层石块铺设单元的输入端连接所述石块体积比对单元的输出端，所述填充投石定点单元的输入端连接所述相似切片比对单元的输出端；
20.所述底层石块铺设单元用于依据体积比对结果模拟铺设最底层石块，所述填充投石定点单元用于将寻找到的最低凹陷点作为需要填充石块点，对该点进行定位，定位后在该点模拟填充石块。
21.进一步的，利用所述河床图像探测单元探测到河床图像，利用所述分段截取模拟单元截取一段河床，利用河床建模单元对截取部分进行建模，利用模型拟合单元对不规则模型进行拟合后得到拟合后的曲面函数为f(x，y)，利用投石界限设定单元设定投石的最高高度为l，得到拟合后的河床模型与投石界限的两个交点横坐标分别为a和b，根据下列公式计算截取的投石区域的体积v：
[0022][0023]
其中，d表示积分域，通过得到的投石区域体积确认需要该段河床需要铺设的石块个数为m，由于河床大多呈不规则状，对不规则模型进行拟合有利于分析河床的体积以判断需要铺设石块的大致个数，避免了准备过多石块造成资源浪费。
[0024]
进一步的，利用所述石块体积采集单元采集到待铺设的石块体积集合为v＝{v1，v2，...，v
m
}，利用所述石块体积比对单元比对待铺设的石块体积，将石块体积一一和进行比较，其中，选择体积大于或等于的石块铺设在河床底层，选择体积小于的石块在底层石块铺设完后进行填充，利用所述底层石块铺设单元铺设选择出的底层石块，比较石块体积的目的在于区分体积大的石块和体积小的石块，预先铺设对应体积大的
石块在底层，用小石块来进行填充，有利于保持石块铺设的稳定性，避免了因下层小石块铺设不平需要填充时无法找到对应石块进行填充的情形。
[0025]
进一步的，在底层石块铺设完成后，利用所述二次建模单元对铺设完底层石块的河床建立三维模型：以河床边界点为原点，利用三维模型切片单元对三维模型进行切片，获取底层石块上表面的轮廓线集合为m＝{m1，m2，...，m
n
}，其中，n表示获取到的轮廓线数，将每条轮廓线进行分段，得到随机一条轮廓线的分段函数集合为f(x)＝{f(x1)，f(x2)，...，f(x
k
)}，其中，k表示轮廓线的段数。
[0026]
进一步的，利用所述相似切片比对单元分析随机一个分段函数f(x
i
)的凹凸性：求得分段函数f(x
i
)的二阶导数为f”(x
i
)，若f”(x
i
)＜0，说明对应轮廓线呈凸起状；若f”(x
i
)＞0，说明对应轮廓线呈凹陷状，统计对应轮廓线的凹陷点个数及凹陷点的位置，将分析及统计结果传输到所述填充投石定点单元中。
[0027]
进一步的，利用所述填充投石定点单元确认需要投石的位置：接收到统计结果为：轮廓线的凹陷点个数集合为b＝{b1，b2，...，b
n
}，筛选出凹陷点数及凹陷点横坐标相同的轮廓线集合为m’＝{m1’
，m2’
，...，m
k’}，将集合m’中的轮廓线划为相似轮廓线，其中，k表示凹陷点数及凹陷点横坐标相同的轮廓线数，根据公式f'(x
i
)＝0计算凹陷点的横坐标x
i
，及分段函数的驻点，将x
i
代入到分段函数f(x
i
)中得到凹陷点的纵坐标y
i
，得到随机一条轮廓线的凹陷点坐标集合为(x，y)＝{(x1，y1)，(x2，y2)，...，(x
k
，y
k
)}，比较该条轮廓线中凹陷点的纵坐标大小，筛选出最低的凹陷点，最低凹陷点的纵坐标最小，比较所有相似轮廓线最低凹陷点的纵坐标，筛选出所有相似轮廓线中的最低凹陷点，其坐标为(x
min
，y
min
)，在三维模型中确认投石点的位置坐标为(x
min
，y
min
，z)，其中，z表示最低凹陷点到河面的距离，利用所述填充投石定点单元在河面上的投石点处进行投石，因切片获取到了大量的轮廓线，将三维转为二维分析底层石块铺设完后的凹陷情况，有利于简化分析过程，由于轮廓线是不规则的，将其分成多段能用函数来表示的规则图形的目的在于更好地通过函数求导来分析轮廓线的凹凸性，从而体现底层石块铺设的平等度，通过函数的一阶导数计算凹陷点坐标的目的在于比对相似轮廓线对应凹陷点的凹陷程度，寻找最低凹陷点，在最低凹陷点上方填充石头能够更好地将石块铺平。
[0028]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0029]
本发明通过探测需要铺设石块的河床图像，对部分河床进行建模，对不规则河床模型进行拟合，分析河床体积以及需要用到的石块个数，按照体积大小模拟铺设底层石块后，以河床边界为原点建立三维模型，然后进行切片获取底层石块的轮廓线，将轮廓线进行分段判断其凹凸状况，依据凹凸状况划分相似轮廓线，在相似的轮廓线中，通过函数分析寻找最低凹陷点，确认填充石块的投石点，减少了石块资源的浪费，保持了石块铺设的稳定性，提高铺设石块的效率，也提高了铺设石块的平等度。
附图说明
[0030]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0031]
图1是本发明一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统的结构图；
[0032]
图2是本发明的模块组成结构图。
具体实施方式
[0033]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]
请参阅图1
‑
2，本发明提供技术方案：一种河底管道铺设石块填充找平模拟系统，其特征在于：系统包括：河床探测模块、数据处理中心、河床模型建立模块、数据采集模块和石块铺设模拟模块；
[0035]
河床探测模块、数据采集模块的输出端连接数据处理中心的输入端，数据处理中心的输出端连接河床模型建立模块的输入端，河床模型建立模块的输出端连接石块铺设模拟模块的输入端；
[0036]
河床探测模块用于探测需要铺设石块的河床图像；数据采集模块用于采集待铺设的石块体积；数据处理中心用于存储探测到的河床图像及石块体积数据；河床模型建立模块用于对部分河床进行建模并拟合，对三维模型进行切片比对；石块铺设模拟模块用于按采集到的石块体积大小模拟铺设底层石块，并按切片比对结果确认二次投石的位置，模拟石块填充找平，依据模拟方案填充石块，便于提高铺设石块的效率，能够提高铺设石块的平等度，解决了现有方式中工作效率低下、石块平等度差等问题。
[0037]
河床探测模块包括河床图像探测单元、投石界限设定单元和分段截取模拟单元；
[0038]
河床图像探测单元的输出端连接分段截取模拟单元的输入端；
[0039]
河床图像探测单元用于探测获取需要铺设石块的河床图像，将探测到的图像传输到数据处理中心中，投石界限设定单元用于设定铺设石块的最高高度，分段截取模拟单元用于在截取一段河床进行模拟铺设石块。
[0040]
数据采集模块包括石块体积采集单元和石块体积比对单元；
[0041]
石块体积采集单元的输出端连接石块体积比对单元的输入端；
[0042]
石块体积采集单元用于采集待铺设石块的体积大小，石块体积比对单元用于比较石块体积，按体积从大到小进行排序。
[0043]
河床模型建立模块包括河床建模单元、模型拟合单元、投石区域体积分析单元、二次建模单元、三维模型切片单元和相似切片比对单元；
[0044]
河床建模单元的输入端连接投石界限设定单元和分段截取模拟单元的输出端，河床建模单元的输出端连接模型拟合单元、二次建模单元的输入端，模型拟合单元的输出端连接投石区域体积分析单元的输入端，二次建模单元的输出端连接三维模型切片单元的输入端，三维模型切片单元的输出端连接相似切片比对单元的输入端；
[0045]
河床建模单元用于对截取的河床部分进行建模，模型拟合单元用于对不规则模型进行拟合，投石区域体积分析单元用于依据拟合后的模型分析需要投石区域的体积，二次建模单元用于在铺设完底层石块后对河床进行二次建模，建立三维模型，三维模型切片单元用于对三维模型进行切片，寻找相似切片形状，相似切片比对单元用于通过比对相似切片寻找铺设完底层石块后河床的最低凹陷点。
[0046]
石块铺设模拟模块包括底层石块铺设单元和填充投石定点单元；
[0047]
底层石块铺设单元的输入端连接石块体积比对单元的输出端，填充投石定点单元的输入端连接相似切片比对单元的输出端；
[0048]
底层石块铺设单元用于依据体积比对结果模拟铺设最底层石块，填充投石定点单
元用于将寻找到的最低凹陷点作为需要填充石块点，对该点进行定位，定位后在该点模拟填充石块。
[0049]
利用河床图像探测单元探测到河床图像，利用分段截取模拟单元截取一段河床，利用河床建模单元对截取部分进行建模，利用模型拟合单元对不规则模型进行拟合后得到拟合后的曲面函数为f(x，y)，利用投石界限设定单元设定投石的最高高度为l，得到拟合后的河床模型与投石界限的两个交点横坐标分别为a和b，根据下列公式计算截取的投石区域的体积v：
[0050][0051]
其中，d表示积分域，通过得到的投石区域体积确认需要该段河床需要铺设的石块个数为m，由于河床大多呈不规则状，对不规则模型进行拟合便于分析河床的体积以判断需要铺设石块的大致个数，能够避免因准备过多石块而造成资源浪费。
[0052]
利用石块体积采集单元采集到待铺设的石块体积集合为v＝{v1，v2，...，v
m
}，利用石块体积比对单元比对待铺设的石块体积，将石块体积一一和进行比较，其中，选择体积大于或等于的石块铺设在河床底层，选择体积小于的石块在底层石块铺设完后进行填充，利用底层石块铺设单元铺设选择出的底层石块，比较石块体积的目的在于区分体积大的石块和体积小的石块，预先铺设对应体积大的石块在底层，采用小石块来进行填充的方式铺设方式，能够保持石块铺设的稳定性，避免了因下层小石块铺设不平需要填充时无法找到对应石块进行填充的情形。
[0053]
在底层石块铺设完成后，利用二次建模单元对铺设完底层石块的河床建立三维模型：以河床边界点为原点，利用三维模型切片单元对三维模型进行切片，获取底层石块上表面的轮廓线集合为m＝{m1，m2，...，m
n
}，其中，n表示获取到的轮廓线数，将每条轮廓线进行分段，得到随机一条轮廓线的分段函数集合为f(x)＝{f(x1)，f(x2)，...，f(x
k
)}，其中，k表示轮廓线的段数。
[0054]
利用相似切片比对单元分析随机一个分段函数f(x
i
)的凹凸性：求得分段函数f(x
i
)的二阶导数为f”(x
i
)，若f”(x
i
)＜0，说明对应段轮廓线呈凸起状；若f”(x
i
)＞0，说明对应段轮廓线呈凹陷状，统计对应轮廓线的凹陷点个数及凹陷点的位置，将分析及统计结果传输到填充投石定点单元中。
[0055]
利用填充投石定点单元确认需要投石的位置：接收到统计结果为：轮廓线的凹陷点个数集合为b＝{b1，b2，...，b
n
}，筛选出凹陷点数及凹陷点横坐标相同的轮廓线集合为m’＝{m1’
，m2’
，...，m
k’}，将集合m’中的轮廓线划为相似轮廓线，其中，k表示凹陷点数及凹陷点横坐标相同的轮廓线数，根据公式f'(x
i
)＝0计算凹陷点的横坐标x
i
，即分段函数的驻点，将x
i
代入到分段函数f(x
i
)中得到凹陷点的纵坐标y
i
，得到随机一条轮廓线的凹陷点坐标集合为(x，y)＝{(x1，y1)，(x2，y2)，...，(x
k
，y
k
)}，比较该条轮廓线中凹陷点的纵坐标大小，筛选出最低的凹陷点，最低凹陷点的纵坐标最小，比较所有相似轮廓线最低凹陷点的纵坐标，筛选出所有相似轮廓线中的最低凹陷点，其坐标为(x
min
，y
min
)，在三维模型中确认投石点的位置坐标为(x
min
，y
min
，z)，其中，z表示最低凹陷点到河面的距离，利用填充投石定点单元在河面上的投石点处进行投石，因切片获取到了大量的轮廓线，将三维转为二维分析底层石
块铺设完后的凹陷情况，便于简化分析过程，由于轮廓线是不规则的，将其分成多段能用函数来表示的规则图形的目的在于更好地通过函数求导来分析轮廓线的凹凸性，从而体现底层石块铺设的平等度，通过函数的一阶导数计算凹陷点坐标的目的在于比对相似轮廓线对应凹陷点的凹陷程度，寻找最低凹陷点，在最低凹陷点上方填充石头能够更好地将石块铺平。
[0056]
实施例一：在底层石块铺设完成后，利用二次建模单元对铺设完底层石块的河床建立三维模型：以河床边界点为原点，利用三维模型切片单元对三维模型进行切片，获取底层石块上表面的轮廓线集合为m＝{m1，m2，m3，m4，m5}，将每条轮廓线进行分段，得到随机一条轮廓线的分段函数集合为f(x)＝{f(x1)，f(x2)，f(x3)，f(x4)，f(x5)}，利用相似切片比对单元分析随机一个分段函数f(x1)的凹凸性，其中，函数f(x1)的表达式为：y1＝x
12
‑
1，求得函数f(x1)的二阶导数为f”(x1)＝2>0，函数f(x1)对应段轮廓线呈凹陷状，用采用相同方式求得其余段函数的二阶导数，得到：f”(x2)<0，f”(x3)>0，f”(x4)<0，f”(x5)>0，统计该条轮廓线的凹陷点有3个，利用填充投石定点单元确认需要投石的位置：接收到统计结果为：轮廓线的凹陷点个数集合为b＝{b1，b2，b3，b4，b5}＝{5，3，6，3，8}，筛选出凹陷点数及凹陷点横坐标相同的轮廓线有m2和m4，m2对应段呈凹陷状的轮廓线函数有：y1＝x
12
‑
1，y2＝x
22
2x2 1，y5＝4x
52
2x5‑
4，根据公式f'(x
i
)＝0计算凹陷点的横坐标x
i
，即分段函数的驻点分别为0、
‑
1、将x
i
代入到分段函数f(x
i
)中得到凹陷点的纵坐标分别为
‑
1、0、比较轮廓线m2中凹陷点的纵坐标大小，筛选出最低的凹陷点坐标为以相同方式筛选出轮廓线m4的最低的凹陷点坐标为比较相似轮廓线m2和m4最低凹陷点的纵坐标：最低凹陷点坐标为在三维模型中确认投石点的位置坐标为利用填充投石定点单元在坐标为的投石点处进行投石。
[0057]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。