張家港港務集團有限公司劉建軍獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉張家港港務集團有限公司申請的專利一種基于BIM模型的碼頭水下淤積監測方法、系統及設備獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120259868B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-19發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510741043.3,技術領域涉及:G06V20/05;該發明授權一種基于BIM模型的碼頭水下淤積監測方法、系統及設備是由劉建軍;陳斌;遲景成;邱志忠;楊松惠設計研發完成,并于2025-06-05向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于BIM模型的碼頭水下淤積監測方法、系統及設備在說明書摘要公布了:本發明提供一種基于BIM模型的碼頭水下淤積監測方法、系統及設備,涉及海洋工程與智能監測技術領域,其方法包括以碼頭BIM模型坐標系為基準劃定水下淤積監測區域并生成預設航行監測航線;無人船按照預設航線行駛,并通過單波束測深系統采集水深、航向及姿態數據,形成監測點云數據集;通過七參數坐標轉換法將該數據集映射至碼頭BIM模型坐標系,并利用網格化插值算法構建三維水下淤積網格模型;基于該模型,利用時序分析算法預測未來淤積趨勢并獲取當前預警級別,結合實際清淤成本,推薦最優清淤區域至運維端,從而解決了傳統方法的效率低下且精度不足的問題,顯著提升了碼頭監測管理的安全性、經濟性與數據驅動決策能力。
本發明授權一種基于BIM模型的碼頭水下淤積監測方法、系統及設備在權利要求書中公布了:1.一種基于BIM模型的碼頭水下淤積監測方法,其特征在于,所述監測方法包括: 以碼頭BIM模型的坐標系為基準劃定水下淤積監測區域并生成預設航行監測航線; 無人船按照所述預設航行監測航線進行行駛,并通過單波束測深系統同步采集水深、航向及姿態數據,形成監測點云數據集; 通過七參數坐標轉換法將所述監測點云數據集映射至所述碼頭BIM模型的坐標系,并利用網格化插值算法構建三維水下淤積網格模型; 基于所述三維水下淤積網格模型,利用時序分析算法預測未來淤積趨勢并獲取當前淤積預警級別,結合實際清淤成本,自動推薦最優清淤區域及工程量至運維端; 所述無人船按照所述預設航行監測航線進行行駛,并通過單波束測深系統同步采集水深、航向及姿態數據,形成監測點云數據集,具體包括: 所述無人船按照所述預設航行監測航線以預設航行速度進行行駛,通過船體搭載的全方位攝像裝置自動識別水面障礙物并確定障礙空白區域,觸發避障算法自動繞開所述障礙空白區域,繞行完成后回歸所述預設航行監測航線繼續行駛; 所述無人船搭載有所述單波束測深系統,并且所述單波束測深系統包括換能器、GNSS接收機以及姿態羅經儀; 其中,所述換能器用于按照預設發射頻率發射聲吶回波并同步采集水深數據;所述GNSS接收機用于實時輸出航向數據,即經度、緯度和海拔數據;所述姿態羅經儀用于實時監測姿態數據,即橫搖、縱搖和航向角數據,通過時間戳對所述水深、航向及姿態數據進行同步關聯,生成攜帶空間姿態信息的原始點云數據集; 通過邊緣計算節點對所述原始點云數據集進行壓縮加密,生成所述監測點云數據集; 所述通過七參數坐標轉換法將所述監測點云數據集映射至所述碼頭BIM模型的坐標系,并利用網格化插值算法構建三維水下淤積網格模型,具體包括: 利用鄰近點插值法補充所述障礙空白區域對應的點云數據,并采用小波變換算法剔除所述聲吶回波中的噪聲信號; 通過所述七參數坐標轉換法,將所述航向數據的WGS-84坐標系轉換為所述碼頭BIM模型的坐標系,對應的坐標系轉換公式如下: 式中,X,Y,Z表示碼頭BIM模型的坐標系中的坐標;δS為尺度因子;εx、εy、εz為旋轉參數;X0,Y0,Z0表示WGS-84坐標系中的坐標;ΔX、ΔY、ΔZ表示平移參數; 采用所述網格化插值算法,基于所述監測點云數據集生成所述三維水下淤積網格模型; 獲取所述聲吶回波的頻譜特征并輸入至隨機森林模型,自動區分所述三維水下淤積網格模型中的自然淤積要素與人工廢棄要素,并自動計算所述自然淤積要素的淤積體積、淤積厚度和沖刷邊界位置; 根據所述淤積厚度生成三色熱力圖,并通過所述碼頭BIM模型的API接口實時疊加至所述三維水下淤積網格模型,生成動態淤積變化孿生體發送至所述運維端,并且所述動態淤積變化孿生體支持所述運維端通過交互式操作查看任意區域的淤積變化情況; 所述采用所述網格化插值算法,基于所述監測點云數據集生成所述三維水下淤積網格模型,具體包括: 基于所述監測點云數據集中的離散數據點i和j以及對應的所述水深數據hi和hj,i=1,2,…,N,j=1,2,…,N,N為所述監測點云數據集中的離散數據點的總數,計算變異函數值如下: 式中,γxi,xj表示離散數據點i和j之間的變異函數值;d表示離散數據點i和j之間的空間距離;Md表示空間距離為d的離散數據點的點對總數;hi、hj分別表示離散數據點i、j的水深數據; 設定所述三維水下淤積網格模型中的網格節點的坐標為xm,yn, 其中,m、n表示網格索引;xmin、ymin表示三維水下淤積網格模型的最小坐標值;表示網格步長; 采用所述網格化插值算法計算所述網格節點xm,yn對應的所述水深數據hmn如下: 式中,λi表示權重系數,通過求解線性方程組進行確定,γxi,xm表示離散數據點i和網格節點之間的變異函數值;μ表示拉格朗日乘數; 將所述網格節點xm,yn與所述水深數據hmn進行關聯生成三維水下淤積網格數據點xm,yn,hmn,基于所有所述三維水下淤積網格數據點xm,yn,hmn構建所述三維水下淤積網格模型。
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