[发明专利]一种权重多项式拖网曲面重建与中心辐射容积计算的方法

说明书

一种权重多项式拖网曲面重建与中心辐射容积计算的方法，涉及海洋渔业主要网具的工程技术领域，针对拖网水下变形后的曲面重建和容积估算问题，构造出一系列拖网曲面构造技术与容积估算方法：在本发明中，我们将利用水槽实验中取得的拖网关键节点的三维空间坐标，提出高效的三角剖分方法、新的权重系数公式、侧向投影法、内插外插相结合，利用局部曲面片函数广义最小二乘拟合和权重多项式插值方法，对拖网所在曲面进行重建，然后利用有限元体积元思想与中心辐射法计算重建曲面后的拖网容积。

技术领域

本发明涉及设施海洋渔业的工程技术领域，尤其涉及一种拖网的多项式拟合法曲面重建与中心辐射法容积计算。

背景技术

拖网是广泛用于海洋渔业的重要渔具。拖网的容积直接影响过滤水体的体积和渔获量，但拖网的形状不规则，尤其是水下变形后的网渔具容积计算，目前仍然是世界级难题和远洋渔具前沿研究课题。以最广泛使用于捕捞作业的中层拖网为例，为了计算拖网的体积，必须掌握拖网曲面上每个网目的空间坐标，但是实际上在水下这是不可能的。本发明基于水槽拖网实验的关键坐标数据，给出利用多项式最小二乘法重建拖网所在曲面的技术，然后利用中心辐射法对拖网容积的计算方法。

目前国内外尚未发现有关于拖网的曲面重建和拖网体积计算的研究。对于规则图形的渔具，例如圆柱形或方形网箱，曲面重构和体积计算可能相对容易。近年来，极少量文献提供了网箱体积的计算方法，基本上采用了粗糙的线性插值曲面与体积元容积算法。三维空间数据的插值方法已经比较成熟，例如线性插值、自然边界插值、多项式插值、样条插值等。

发明内容

本发明的目的在于弥补目前水下拖网曲面重建与容积计算技术的缺失，提供一种利用权重多项式拟合法对拖网曲面进行重建与中心辐射法估算拖网容积的全新技术方法。

在本发明中，我们将利用水槽实验中提取的拖网关键节点的空间坐标，提出高效的三角剖分方法、新的权重系数公式、侧向投影法、内插外插相结合，利用局部曲面片多项式最小二乘拟合，对拖网所在曲面进行重建，然后利用有限元体积元思想与中心辐射法计算重建曲面后的拖网容积。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种拖网的权重多项式法曲面重建与中心辐射法容积计算的方法，包括如下步骤：

(1)首先已经取得水流中拖网曲面上关键节点的空间坐标。其中以网口所在中心为坐标原点，以网口所在平面为YZ平面，以原点到拖网最尾端的端点线段的方向为X轴正方向，建立三维空间坐标系；

(2)对拖网曲面上的相邻关键节点进行三角剖分，依次对所有关键节点所进行三角剖分；

(3)对每一个剖分出的三角形进行编号，并将所有三角剖分投影到网口所在坐标平面；

(4)定义每一个三角形和三角形内任一点的面积坐标；

(5)对剖分后的三角形在网口所在坐标平面上的投影区域进行均匀地网格化；

(6)对落在三角形投影内的网格坐标点建立带有权重系数的插值多项式；

(7)利用步骤(4)中的面积坐标，建立步骤(6)中插值多项式的权重函数；

(8)建立每个三角形内部的通用曲面片函数；

(9)最小二乘拟合，对步骤(5)中的各网格点的坐标，应用其所落在内的三角形各顶点及最近的几个关键点的坐标(选取多少个，可根据拟合效果随时调整)，利用(8)进行最小二乘拟合，可得该二维网格坐标点对应拖网曲面上的X坐标，因此可得网格点坐标对应在拖网曲面上的对应点(或插值点)的三维坐标，依次连接拖网曲面上的相邻插值点，即可重建拖网曲面。