一种多波束水下地形测量方法、系统及存储介质技术方案

技术编号：42922120 阅读：15 留言：0更新日期：2024-10-11 15:49

本发明专利技术提供一种多波束水下地形测量方法、系统及存储介质，首先采用多波束测深仪对复杂水下环境地形进行初步扫描，然后根据得到的初步水底地形地貌对水底地形地貌进行分类，获取最大水底水深确定多波束扫描开角，提取不同地形地貌的几何参数，然后根据多波束扫描开角和水底地形地貌参数进行测量航线计算，最后根据规划的测量航线对复杂水下环境地形进行精细化测量。本发明专利技术可提高复杂水下环境下多波束测量的工作效率，可以提高水底点云数据成果分布均匀性，避免外出作业多波束测量中的测量盲区的产生，以及后续返工或反复多次测量，同时也避免了大量重复测量数据的产生，大大提高了测量作业效率。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于测量，涉及一种水下地形测量方法、系统及存储介质。

技术介绍

1、多波束测量是通过移动载体搭载多波束测深仪进行面状扫描测量，一次可以扫描出水下几十个甚至上百个深度，它能够精确、快速地沿航线扫描一定宽度范围内水底目标的三维位置和形状，从而较可靠地描绘出水底目标的精细特征，多用于内陆深水区和海洋地形地貌测量，具有测量精度高、测量速度快等优点。随着国内经济发展，大型水库越来越多，大型水库普遍存在水深大、水底建筑物多、库底地形地貌复杂多样的情况，在这种复杂水下环境下，传统多波束测量采用相等间距的航线布置方法很容易产生扫描不到的测量盲区，为了消除这些测量盲区通常采用多波束测深仪反复甚至多次测量才能消除，这使得水底点云数据分布均匀性差，工作效率低。

技术实现思路

1、为解决
技术介绍
中所述的复杂水下环境的多波束测量水底点云数据分布均匀性差和工作效率低的问题，本专利技术提供一种多波束水下地形测量方法、系统及存储介质。

2、本专利技术的方法，包括以下步骤：

3、s1、采用多波束测深仪对水下地形进行初步扫描，获取初步扫描的最大水底深度和水底地形地貌；

4、s2、根据初步扫描的水底地形地貌，提取初扫描点云数据，对水底地形地貌进行分类，一类是水底平缓区域地形地貌，另一类是水底复杂区域地形地貌；

5、s3、根据初步扫描的最大水底深度确定多波束扫描开角；依据初扫描点云数据提取各类水底地形地貌的几何参数，计算多波束测量航带宽度和规划测量航线；

<p>6、s4、根据多波束扫描开角、多波束测量航带宽度以及测量航线和进行水下地形测量。

7、进一步地，所述步骤s1中，首先测量水面高程，依据地形资料获取最大水底深度；然后根据多波束测深仪波束开角仪器参数，按不高于多波束测深仪波束开角上限设置多波束扫描开角；根据最大水底深度和多波束扫描开角，采用相等间距布置初扫描航线间距，规划多波束测深仪载体初步扫描航线，扫描航线须覆盖整个测区范围，获取初步水底地形地貌。

8、更进一步地，所述步骤s3中，根据初步扫描的最大水底深度确定多波束扫描开角，对于内陆水域最大水深50-100米的区域，多波束扫描开角θ设置通常小于等于120度，对于大于100米水深的区域，多波束扫描开角θ通常小于等于90度。

9、更进一步地，所述步骤s3中，水底平缓区域多波束测量时，多波束测量航带宽度k根据三角函数公式进行计算，计算公式为：

10、k＝2h×tan(θ/2)①，

11、公式①中，h表示平缓区域水底深度，θ为多波束扫描开角。

12、更进一步地，所述步骤s3中，对于水底复杂区域岸边水下陡坡采用多波束测深仪测量时，首先根据步骤s1中获取初步水底深度h，然后根据步骤s2中水底平缓区域与水底复杂区域的分界线，获取陡坡与平缓水域的分界线dl，测量陡坡的坡度角坡度角可以利用步骤s2中提取的初扫描点云数据进行测量；为保障多波束水下地形测量时，陡坡上凹凸不规则形状都能测量到，第1条航线d1按陡坡与平缓水域的分界线dl布置，当第1条航线扫描宽度不能完全覆盖陡坡时，需要布置多条平行于第1条的航线，其中布置第2条航线d2时，航线d2的中心波束c2按第1条航线d1的边缘波束e1覆盖到的位置布置，第2条航线d2与第1条航线d1间距为l2；l2可以通过多波束扫描开角θ、坡度角及初步水底深度h组成三角形，通过三角函数关系推算，计算公式如下:

13、

14、变换上述公式②可得：

15、

16、当需要布置第3条航线时，第3条航线间距如下：

17、

18、依次类推，当需要布置第4，5，……，i(i≥4)条航线时，第i条航线间距为：

19、

20、更进一步地，所述步骤s3中，对于水底复杂区域低于水面的水工建筑物采用多波束测量时，先根据步骤s2初扫描点云数据提取水工建筑物外轮廓边线bl和建筑物高度hb，为实现水工建筑物的全覆盖测量，须保障多波束测深仪测量时最边缘波束f能够扫描覆盖到水工建筑物的外轮廓bl，此时，多波束航线距离水工建筑物外轮廓bl的最远水平间距为：

21、dbmax＝(h-hb)×tan(θ/2)⑥，

22、公式⑥中，h表示初步水底深度，hb为水工建筑物高度，θ为多波束扫描开角；

23、为实现全覆盖测量水工建筑物各个立面，多波束载体应按不超过最远水平间距dbmax环绕水工建筑物测量一周；对于水工建筑物顶面多波束全覆盖测量，应根据顶面的长或宽按每个航线间距l不超过最远水平间距dbmax进行横向或纵向测量；

24、低于水面水工建筑物顶部航线条数为：

25、

26、公式⑦中，n为规划航线条数，v为水工建筑物顶部长度或宽度，l为航线间距，int为取数值整数部分函数；

27、根据水工建筑物顶部航线条数进行规划顶部航线间距，平均间距为：

28、

29、公式⑧中，lmean为航线间距，n为规划航线条数，v为水工建筑物顶部长度或宽度；

30、低于水面水工建筑物航线布置图中，bl为水工建筑物轮廓线，pl为环绕一周水工建筑物航线，l1、l2、l3为测量建筑物顶部布置的航线，dbmax为航线距离水工建筑物的最远距离，pl到水工建筑物的距离小于dbmax；

31、对于高于水面水工建筑物多波束测量，由于建筑物hb高度高于水面，建筑物高度hb大于水深h，根据公式⑥计算得到多波束航线距离高于水面建筑物的最远水平间距为负值，多波束航线贴近高于水面建筑物边缘进行扫描测量。

32、更进一步地，所述步骤s3中，对于水底复杂区域水底沟槽采用多波束测量时，先根据步骤s2初扫描点云数据提取水底沟槽的外轮廓边线g1、g2，量取沟槽深度hg和沟槽宽度dg，为实现水底沟槽的全覆盖测量，扫描范围须能覆盖沟槽底部和槽壁；首先比较波束测量航带宽度k和沟槽宽度hg，多波束测量航带宽度k采用公式①：k＝2h×tan(θ/2)进行计算，式中深度h为水面到槽顶部的深度；

33、如果航带扫描宽度k≥沟槽宽度hg，多波束测量航线沿沟槽中心位置布置，使得一次扫描可以覆盖沟槽底部和两侧槽壁；

34、如果航带扫描宽度k＜沟槽宽度hg，在保障一定的航带重叠度的同时，多波束测量航线间距l1按小于航带扫描宽度k布置，规划航线条数采用公式⑦：计算，此时公式⑦中v用沟槽宽度hg代替；

35、对于矩形沟槽的另外两个方向的槽壁，布置平行与该槽壁的航线，航线距离槽壁水平距离l2小于等于多波束测量航带宽度k即可。

36、更进一步地，所述步骤s3中，对于水底平缓区域的多波束航线布置，先根据步骤s2计算多波束测量航带宽度k，考虑多波束水下测量作业时要求航带间保持一定的重叠率，航线布置时航线间距须小于航带扫描宽度k，同时平缓水底布置航线需充分考虑和岸边陡坡、水工建筑物、水下沟槽已布置航线进行衔接。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种多波束水下地形测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，首先测量水面高程，依据地形资料获取最大水底深度；然后根据多波束测深仪波束开角仪器参数，按不高于多波束测深仪波束开角上限设置多波束扫描开角；根据初步水底深度和多波束扫描开角，采用相等间距布置初扫描航线间距，规划多波束测深仪载体初步扫描航线，扫描航线须覆盖整个测区范围，获取初步水底地形地貌。

3.根据权利要求2所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，多波束扫描开角θ根据初步水底深度和多波束测深仪参数进行确定，对于内陆水域最大水深50-100米的区域，多波束扫描开角θ通常小于等于120度，对于大于100米水深的区域，多波束扫描开角θ通常小于等于90度。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，水底平缓区域多波束测量时，多波束测量航带宽度K根据三角函数公式进行计算，计算公式为：

5.根据权利要求4所述的一种多波束水下地形测量方法

6.根据权利要求5所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，对于水底复杂区域低于水面的水工建筑物采用多波束测量时，先根据步骤S2初扫描点云数据提取水工建筑物外轮廓边线BL和建筑物高度HB，为实现水工建筑物的全覆盖测量，须保障多波束测深仪测量时最边缘波束F能够扫描覆盖到水工建筑物的外轮廓BL，此时，多波束航线距离水工建筑物外轮廓BL的最远水平间距为：

7.根据权利要求6所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，对于水底复杂区域水底沟槽采用多波束测量时，先根据步骤S2初扫描点云数据提取水底沟槽的外轮廓边线G1、G2，量取沟槽深度HG和沟槽宽度DG，为实现水底沟槽的全覆盖测量，扫描范围须能覆盖沟槽底部和槽壁；首先比较波束测量航带宽度K和沟槽宽度HG，多波束测量航带宽度K采用公式①K＝2H×tan(θ/2)进行计算，式中初步水底深度H为水面到槽顶部的深度；

8.根据权利要求7所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤S3中，对于水底平缓区域的多波束航线布置，先根据公式①K＝2H×tan(θ/2)计算多波束测量航带宽度K，考虑多波束水下测量作业时要求航带间保持一定的重叠率，航线布置时航线间距须小于航带扫描宽度K，同时平缓水底布置航线需充分考虑和岸边陡坡、水工建筑物、水下沟槽已布置航线进行衔接。

9.一种多波束水下地形测量系统，其特征在于：包括初步扫描模块、水底地形地貌分类模块、测量航线规划模块、水下地形测量模块；

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述的一种多波束水下地形测量方法和权利要求9所述的一种多波束水下地形测量系统。

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【技术特征摘要】

1.一种多波束水下地形测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤s1中，首先测量水面高程，依据地形资料获取最大水底深度；然后根据多波束测深仪波束开角仪器参数，按不高于多波束测深仪波束开角上限设置多波束扫描开角；根据初步水底深度和多波束扫描开角，采用相等间距布置初扫描航线间距，规划多波束测深仪载体初步扫描航线，扫描航线须覆盖整个测区范围，获取初步水底地形地貌。

3.根据权利要求2所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤s3中，多波束扫描开角θ根据初步水底深度和多波束测深仪参数进行确定，对于内陆水域最大水深50-100米的区域，多波束扫描开角θ通常小于等于120度，对于大于100米水深的区域，多波束扫描开角θ通常小于等于90度。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤s3中，水底平缓区域多波束测量时，多波束测量航带宽度k根据三角函数公式进行计算，计算公式为：

5.根据权利要求4所述的一种多波束水下地形测量方法，其特征在于：所述步骤s3中，对于水底复杂区域岸边水下陡坡采用多波束测深仪测量时，首先根据步骤s1中获取初步水底深度h，然后根据步骤s2中水底平缓区域与水底复杂区域的分界线，获取陡坡与平缓水域的分界线dl，测量陡坡的坡度角坡度角可以利用步骤s2中提取的初扫描点云数据进行测量；为保障多波束水下地形测量时，陡坡上凹凸不规则形状都能测量到，第1条航线d1按陡坡与平缓水域的分界线dl布置，当第1条航线扫描宽度不能完全覆盖陡坡时，需要布置多条平行于第1条的航线，其中布置第2条航线d2时，航线d2的中心波束c2按第1条航线d1的边缘波束e1覆盖到的位置布置，第2条航线d2与第1条航线d1间距为l2；l2可以通过多波束扫描开角θ、坡...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻守刚，王向辉，罗洪波，陈诚，刘佳洋，郭祚界，杨林松，王小斌，王锴华，马祥元，万雷，曾毅，
申请(专利权)人：长江空间信息技术工程有限公司武汉，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人