傳統(tǒng)方法

目前國(guó)際上常用的方法是幾何測(cè)量法，包括邦戎曲線法、靜水力曲線法以及平均型吃水配合各種修正法。這些方法的基本原理都是利用全站儀測(cè)量船體一定高度的特征點(diǎn)擬合出斷面的面積，再用斷面面積乘以斷面間的高度累加算出排水量。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是快速簡(jiǎn)便，但對(duì)于包含有大曲面構(gòu)造的船體，幾何測(cè)量法的測(cè)量精度難以滿足船舶排水量精確計(jì)量的需求。因此，為了提高排水量計(jì)量的精度，需要進(jìn)一步提高船體測(cè)量點(diǎn)的密度和數(shù)據(jù)完整性。

三維激光掃描法

近年來(lái)迅速發(fā)展的三維激光掃描技術(shù)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)排水量計(jì)量方法的缺點(diǎn)。三維激光掃描技術(shù)可以大面積獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并具有數(shù)據(jù)獲取速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量大、主動(dòng)性強(qiáng)、點(diǎn)位密集、精度高等突出優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于文物保護(hù)、城市建筑測(cè)量、飛機(jī)船舶制造等領(lǐng)域?；谌S激光掃描技術(shù)對(duì)船舶排水量計(jì)量方法進(jìn)行了研究，提出了一種基于點(diǎn)云切片技術(shù)的排水量計(jì)量方法，將船體表面空間的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)分層，利用每一層的切片點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算該層的上下船體輪廓面積，再依據(jù)切片的厚度求得該層切片的體積，最后對(duì)每層切片體積進(jìn)行累加計(jì)算不同高度的船體體積，計(jì)算出某一高度下的船舶體積在數(shù)值上就等于某一狀態(tài)下船舶排開(kāi)水的體積，依照此方法，即可獲得船舶在不同狀態(tài)下的實(shí)際排水量，即在不同的吃水深度時(shí)船舶所排開(kāi)的水的體積。構(gòu)建船體三維模型，并利用Geomagic Studio獲取模型不同高度處的標(biāo)準(zhǔn)體積，與切片累加的體積進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證該方法的精度。

由于環(huán)境等因素，掃描過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生許多噪聲點(diǎn)，因此，需對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的結(jié)果直接影響后期的建模效率和精度。點(diǎn)云預(yù)處理主要包括點(diǎn)云配準(zhǔn)、去噪、空洞修補(bǔ)以及壓縮過(guò)程。將船體點(diǎn)云分割成若干切片，切片上下表面為船體的橫截面。再根據(jù)掃描分辨率，取出橫截面上下5mm范圍內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將其投影到xoy平面內(nèi)，獲取船舶輪廓特征點(diǎn)云，并計(jì)算輪廓點(diǎn)云的重心坐標(biāo);再對(duì)輪廓點(diǎn)云進(jìn)行排序，相鄰兩點(diǎn)與重心組成一個(gè)三角形，計(jì)算出三角形的面積，將所有三角形面積相加即獲得橫截面面積。最后根據(jù)切片上下橫截面面積和切片厚度計(jì)算切片的體積，并將所有切片體積累加即獲得排水量。點(diǎn)云輪廓線生成主要有兩類算法:投影平面法和虛擬邊緣法。投影法簡(jiǎn)便易行效率高，但容易形成較多冗余點(diǎn)，虛擬邊緣法生成的輪廓點(diǎn)云質(zhì)量更好，但計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。投影法冗余點(diǎn)較多的缺陷在后續(xù)特征點(diǎn)重心化環(huán)節(jié)可以得到解決，因此采用該方法生成輪廓點(diǎn)云。

利用全站儀進(jìn)行計(jì)量的傳統(tǒng)方法存在著點(diǎn)集密度小、斷面面積計(jì)算精度低和斷面間的高度選取隨意等缺陷。立足于點(diǎn)云切片，并應(yīng)用數(shù)字圖像處理的方法提取了船舶輪廓特征點(diǎn)云，高精度地計(jì)算出切片上下橫截面的面積，綜合考慮算法執(zhí)行效率和排水量計(jì)量精度兩方面因素，分析確定出最佳切片厚度，使之可以適應(yīng)不同的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明能夠以較高的精度實(shí)現(xiàn)船舶排水量的計(jì)量，為船舶排水量的計(jì)量提供了一種全新的技術(shù)手段。