專利名稱：耙吸挖泥船實時施工中三維顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為耙吸挖泥船施工提供三維耙臂、三維測深圖的 方法。
背景技術(shù)：
耙吸挖泥船配備耙臂指示系統(tǒng)對耙吸挖泥船施工起到了很大 的指導(dǎo)作用，尤其是在"掃淺"階段，該階段一般是在工程的收 尾階段，整個航道的水深基本達到設(shè)計水深，只有少量"淺點"， 即部分區(qū)域水深較淺。"掃淺"是指根據(jù)測量出的水深文件，將 水深較淺的區(qū)域使用不同的顏色標注以指導(dǎo)耙吸挖泥船施工。原 有系統(tǒng)都建立在二維平面的基礎(chǔ)上，在某些測量系統(tǒng)中存在三維 顯示的功能，但都是后處理系統(tǒng)，不能應(yīng)用于實時施工。
耙吸挖泥船的耙臂位置指示系統(tǒng)顯示側(cè)面觀察圖和頂部觀察 圖，即顯示垂直方向和水平方向的耙臂狀態(tài)。對于耙吸挖泥船的 操耙手來說，這樣的顯示不夠形象，特別是在挖掘邊線時的顯示 不夠形象。對于耙吸挖泥船的駕駛員來說，平面的耙臂指示功能 不足，"掃淺"的時候，駕駛員需要控制船的運動，使耙頭能夠 隨船運動到"淺點"上，駕駛員就需要耙臂姿態(tài)、耙頭位置、船 體位置、"淺點"位置的信息作為依據(jù)，而目前的平面定位系統(tǒng) 僅能提供耙臂、耙頭在水平面的投影位置以及只能通過顏色區(qū)分
深淺的二維"淺點"位置，這樣的顯示同樣不夠形象，直接影響
"掃淺"的精度和效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對目前耙臂指示系統(tǒng)存在顯示不夠形象的問題，需 要通過船體和耙臂的三維模型的建立和實時信號，來實現(xiàn)準確實 時的耙臂姿態(tài)顯示，真實的還原耙管在水下的姿態(tài)，并且通過測 深文件構(gòu)建三維測深圖，立體顯示航道內(nèi)水深情形。
本發(fā)明的技術(shù)方案包括耙臂指示系統(tǒng)信息采集，通過與測深 文件的接口獲得測深數(shù)據(jù)，通過船體配置文件的接口獲得船體和 耙臂參數(shù)數(shù)據(jù)，并接入實時定位和耙臂數(shù)據(jù)，其特征是采用
0penGL進行三維建模，實時在系統(tǒng)計算機中顯示三維模型。
本發(fā)明建立的實時三維模型，可在系統(tǒng)中任意計算機上顯 示，本發(fā)明保留原來通過顏色區(qū)分深淺的功能，三維的視覺效果 能使深淺更加一目了然，還能夠形象的顯示出耙頭是否超深、三 維顯示過耙后泥層的自動削減。三維視圖不僅為駕駛員操縱耙吸 挖泥船進行施工提供幫助，對操耙手也有實際指導(dǎo)意義。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案包括耙臂指示系統(tǒng)信息采集，通過與測深 文件的接口獲得測深數(shù)據(jù)，和船體配置文件的接口獲得船體和耙 臂參數(shù)數(shù)據(jù)，并接入實時定位和耙臂數(shù)據(jù)，采用0penGL進行三 維建模，建立實時的三維模型在系統(tǒng)中的計算機中顯示。三維圖 形的顯示對于計算機的要求較高，整個船舶的三維顯示刷新時間
較長，在1.6G主頻CPU， 512M內(nèi)存的情況下，刷新一幅界面需 要600ms左右，對于實時系統(tǒng)是不能夠忍受的?？赏ㄟ^以下處理 提高顯示速度將整個圖形顯示分為8個功能塊，每個功能塊包 含一個局部的功能左操耙手三維側(cè)視圖；左操耙手三維后視圖； 右操耙手三維側(cè)視圖；右操耙手三維后視圖；駕駛員視圖；裝艙 圖；局部耙頭視圖；前端預(yù)覽圖。每個功能塊再局部使用完整的 三維視圖，而在其不關(guān)注的部分采用消隱或粗化處理，以提高顯 示速度。例如在左操耙手三維側(cè)視圖中，右耙管及泥門等設(shè)備被 消隱，而A字架等設(shè)備粗化處理。
高精度的施工需要采用多波束測量數(shù)據(jù)支持，多波束測量的 數(shù)據(jù)量非常龐大，對于10km的航道數(shù)據(jù)量大約有200M字節(jié)，將 數(shù)據(jù)完全顯示在屏幕上是不可能的。本發(fā)明采用逐步讀入和分段 顯示的方式進行處理。對于耙吸挖泥船而言，僅需要關(guān)注本船前 后300米、左右100米附近的情況，軟件系統(tǒng)可在海量文件中使 用快速查找的方式將此矩形內(nèi)的測量點查找出來，并顯示在屏幕 上；此過程完全由一個后臺程序獨立執(zhí)行，不影響主程序的運行， 此過程與VCD的讀出過程類似。
耙管指示系統(tǒng)從軟件與耙管指示硬件信息和定位硬件信息 接口獲得耙頭在測深圖中的具體位置，當耙頭在挖掘過程中，測 深圖上相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)該被改變。在此過程中，使用無級處理方式 是不可能的。系統(tǒng)將耙頭劃分為1X1 (可以設(shè)置)的單元格， 例如耙頭長度為3米，寬度為2米，實際上每次耙頭過耙后，將
有6個測深色塊的深度將被覆蓋為當前的耙頭深度。
由于測深文件為海量數(shù)據(jù)文件，不能在每次過耙時進行寫文 件操作(容易導(dǎo)致硬盤死鎖或系統(tǒng)崩潰)，過耙數(shù)據(jù)將首先保持 在內(nèi)存中，每次從挖泥狀態(tài)變?yōu)榉峭谀酄顟B(tài)時再由后臺程序?qū)懭?文件。
測深文件為矩陣文件，使用矩陣顯示比較直觀，三角型顯示則 立體感更強。施工過程中，實現(xiàn)測深文件的實時處理與顯示，達 到立體逼真的效果。由于耙吸挖泥船一般比較長(100米以上)， 在深度差異較小的情況下(如30cm),從100多米遠處査看30cm 的高度差異是不明顯的。采用了一個局部放大的圖形用于顯示局 部的放大情況。根據(jù)挖泥船的工作特性，可以在距離駕駛員200 米(可設(shè)置)正前方設(shè)置一個局部的區(qū)域(如50米寬，20米長， 可設(shè)置)，將駕駛員的視角虛擬到該局部的區(qū)域內(nèi)。由于放大的作 用，此時前方200米的局部區(qū)域的水深變化將看得很清楚。
權(quán)利要求
1.耙吸挖泥船實時施工中三維顯示方法，包括耙臂指示系統(tǒng)信息的采集，通過與測深文件的接口獲得測深數(shù)據(jù)，通過船體配置文件的接口獲得船體和耙臂參數(shù)數(shù)據(jù)，并實時接入定位和耙臂數(shù)據(jù)，其特征是采用OpenGL進行三維建模，實時地在系統(tǒng)中的計算機中顯示三維模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耙吸挖泥船實時施工中三維顯示方 法，其特征是將計算機中顯示圖形分為8個功能塊，每個功能塊 包含一個局部的功能，每個功能塊再局部使用完整的三維視圖， 而在其不關(guān)注的部分采用消隱或粗化處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耙吸挖泥船實時施工中三維顯示方 法，其特征是快速查找本船前后300米、左右100米附近的三維 地形并顯示在屏幕上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的耙吸挖泥船實時施工中三維顯示方 法，其特征是采用一個局部放大的圖形顯示局部的放大情況。
全文摘要
耙吸挖泥船實時施工中三維顯示方法，涉及為耙吸挖泥船施工中提供三維耙臂、三維測深圖顯示的方法，針對目前二維耙臂指示系統(tǒng)存在顯示不夠形象的問題，需要通過船體和耙臂三維模型的建立和實時信號，來實現(xiàn)準確實時的耙臂姿態(tài)顯示，真實的還原耙管在水下的姿態(tài)，并且通過測深文件構(gòu)建三維測深圖，立體顯示航道內(nèi)水深情形。本發(fā)明的技術(shù)方案包括耙臂指示系統(tǒng)信息的采集，通過與測深文件的接口獲得測深數(shù)據(jù)，通過船體配置文件的接口獲得船體和耙臂參數(shù)數(shù)據(jù)，并實時接入定位和耙臂數(shù)據(jù)，其特征是采用OpenGL進行三維建模，實時地在系統(tǒng)中的計算機中顯示三維模型。本發(fā)明用于耙吸挖泥船實時施工中三維立體顯示。
文檔編號E02F9/26GK101338573SQ200710043298
公開日2009年1月7日 申請日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者戟 張, 朱小明, 勝 汪, 王珉球, 諸葛瑋 申請人:中港疏浚股份有限公司