[發明專利]河道地形模型構建方法、裝置、機器人和存儲介質

在審

• 申請號: 202010169985.6
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111340946A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 翟懿奎;余翠琳;吳時金;馮榮華;鄺樹漢;姚如良;江子義;陳家聰;張俊亮;黃灝文
• 申請（專利權）人: 五邑大學;廣東新拓計算機科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T17/05
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 孫浩

本發明公開了一種河道地形模型構建方法、裝置、機器人和存儲介質，首先，通過構建球坐標系，增加機器人的仰角信息，加大機器人對地形的態勢感知；其次，通過雙頻聲吶返回的聲波信息，可以快速準確地測量出河底淤泥的相關參數，為河道淤泥清理前期工作準備奠定基礎，提高河道清淤工程效率；然后，通過高斯過程隨機場構建基于樹結構因子圖的河道地形模型，降低聲吶圖像背景噪聲；最后，經過河道場景重現，完成河道地形三維建模過程。本發明具有背景噪聲小，目標特征細節多，三維成像效果好，參數測量精準等優點。

技術領域

本發明涉及河道清淤技術領域，尤其是一種河道地形模型構建方法、裝置、機器人和存儲介質。

背景技術

目前，河道淤積已經日益影響到防洪、排澇、灌溉、供水、通航等各項功能的正常發揮，為恢復河道正常功能，河道清淤疏浚工程逐漸被提上日程。通常在計劃施工河道前，都需要查看河底淤積嚴重程度，現階段采用的一般是圍堰排水后檢查淤積或者不檢查就直接挖掘，這兩種方法普遍都耗時耗力，自動化程度低，人工成本高，造成清淤效率低，并且對河道通航具有一定的影響。因此為提高河底清淤的工作效率，提前做好疏浚河道的水下地形特征及周邊環境的認識和預判工作，以及考慮如何減少人力物力的投入顯得十分有重要。

而由于成像聲吶能夠提供遠距離、高分辨率的水下聲學圖像，彌補了光學設備在水下探測中短視距、低分辨率的缺點，聲吶設備已經成為水下探測的主要設備。若能將成像聲吶系統利用到河道清淤疏浚工程中，將能大大推進河道治理工程進步，減少人力物力。

然而，現階段的成像聲吶依然存在一定的缺陷，比如圖像的整體觀感偏暗，像素的灰度值低，分布不均衡，缺失仰角信息等；同一個目標在不同的幀之間，由于目標的位置變化，其成像可能大相徑庭；圖像的分辨率較低，目標的細節特征比較少，而且目標的邊界具有較大的不規則性等問題，因此如何提升聲吶成像質量也是急需解決的問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種河道地形模型構建方法、裝置、機器人和存儲介質，具有背景噪聲小、目標特征細節多、三維成像效果好以及參數測量精準的優點。

本發明解決其問題所采用的技術方案是：

第一方面，本發明實施例提出了一種河道地形模型構建方法，包括：

建立球坐標系，增加機器人的仰角信息；

利用雙頻聲吶測量河道淤泥參數；

通過雙頻聲吶采集的聲吶圖像構建河道地形模型。

進一步，所述建立球坐標系，增加機器人的仰角信息包括，機器人直角坐標轉換成聲吶球坐標的計算公式如下：

其中，機器人直角坐標表示為C＝[x，y，z]^T，聲吶球坐標表示為S＝[r，θ，φ]^T，其中r是范圍，θ是方位和φ是仰角。

進一步，所述建立球坐標系，增加機器人的仰角信息包括：通過將聲吶采集到的特征從全局幀轉換為以球坐標參數化的聲納幀，并且由等式h(x，1)＝h(C)來預測觀測值，從而得到仰角信息。

進一步，所述利用雙頻聲吶測量河道淤泥參數包括，

利用雙頻聲吶測量河底深度、淤泥厚度以及淤泥硬度，河底深度的計算公式如下：

其中，H為河底深度，V為水中聲速，t為自發射脈沖聲波的瞬時起至接收到水底回波的時間；

淤泥厚度的計算公式如下：

H_淤泥頂高＝[H_機器人-H_高頻]