本發(fā)明屬于海底施工，更具體地，涉及一種多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、海底管道敷設(shè)是許多海底施工的基礎(chǔ)工程，例如油氣輸送、電力傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)部署等等作業(yè)都需要在海底敷設(shè)管道。海底的地質(zhì)狀況和陸地有很大區(qū)別，海底沉積層受到海水侵蝕、水流、生物等多種因素影響，積物主要是緩慢降落的細(xì)小顆粒，如粘土礦物和微體生物的遺骸，因此海底沉積層更厚而松軟，較為不穩(wěn)定。海底管道的敷設(shè)施工選擇位置區(qū)域的難度也更大，首先勘探難度較大，海底地質(zhì)信息較難以獲取，且海底存在丘陵、山脈、海床、海溝等復(fù)雜地形，如果只在平坦區(qū)域內(nèi)施工則可能需要繞過復(fù)雜地形而造成成本激增，如果在地形復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行管道敷設(shè)，增加發(fā)生滑坡等地質(zhì)活動(dòng)導(dǎo)致的設(shè)備損害風(fēng)險(xiǎn)。
2、目前進(jìn)行海底管道敷設(shè)時(shí)，需要對(duì)準(zhǔn)備施工的海底區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)的勘察，例如采用多波束成像系統(tǒng)、多道地震系統(tǒng)對(duì)海底地貌、地質(zhì)剖面進(jìn)行高分辨率探測，對(duì)海底滑坡等地質(zhì)特征進(jìn)行仔細(xì)的識(shí)別與勘探，例如中國專利文獻(xiàn)cn116188964a。這些方法為了保證海底管道施工安全和使用安全，獲得海底地貌以及地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)，在施工范圍較大時(shí)，需要消耗大量的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本，且數(shù)據(jù)量大對(duì)于海底區(qū)域的篩查分析復(fù)雜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法及系統(tǒng)，其目的在于通過多尺度柵格篩選，結(jié)合地形區(qū)域類別和坡度信息，判斷沉積層的穩(wěn)定程度，兼顧篩選速度和精度，獲得符合施工條件的待施工海底區(qū)域，由此解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于大范圍海底管道施工進(jìn)行符合施工條件的待施工區(qū)域需要消耗大量時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本的技術(shù)問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，基于海底高程信息，具體包括以下步驟：
3、(1)地圖獲?。鹤x取待篩選海底區(qū)域的海底高程圖；所述高程圖像的每個(gè)像素點(diǎn)包括平面坐標(biāo)信息和高程值信息，所述平面坐標(biāo)信息用于表示所述待重構(gòu)三維地形的相應(yīng)位置，所述高程值信息用于表示待重構(gòu)三維地形該位置的海拔高度信息；
4、(2)邊緣檢測：對(duì)步驟(1)獲取的高程圖像采用邊緣檢測算法監(jiān)測圖像內(nèi)的邊緣輪廓獲得邊緣坐標(biāo)，按照邊緣輪廓將高程圖像塊劃分為區(qū)域并判斷所述區(qū)域的類別；
5、(3)對(duì)步驟(1)獲得的待篩選海底區(qū)域的海底高程圖進(jìn)行不同尺度的柵格化，柵格的分辨率為dx×dy，按照尺度由大到小的順序進(jìn)行柵格篩選，每一尺度的柵格篩選，保留待篩選區(qū)域中其平均坡度小于該柵格類別的預(yù)設(shè)坡度閾值的柵格，并將其他的區(qū)域作為下一較小尺度的柵格篩選的待篩選區(qū)域，最終將保留的不同尺度的柵格合并為待施工海底區(qū)域。
6、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其步驟(3)柵格篩選的尺度按照如下方法確定：
7、s1、確定篩選尺度范圍及步長；所述篩選尺度范圍，即柵格分辨率dx×dy的取值范圍：對(duì)于dx和dy的尺度變化大小，分別由步長函數(shù)λx和λy確定；
8、s2、根據(jù)步驟s1獲得的篩選尺度范圍及步長，按照降序確定第l次柵格篩選的柵格分辨率
9、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其第l次柵格篩選的具體步驟為：
10、(3-1)地圖柵格化：將待篩選區(qū)域的海底高程圖進(jìn)行柵格化，柵格的分辨率為其中為第l次柵格篩選的柵格橫向的像元數(shù)量，為第l次柵格篩選的柵格縱向的像元數(shù)量；當(dāng)柵格內(nèi)得像元的類別為同一類別時(shí)，將該類別作為該柵格的類別，并將該柵格作為待篩選柵格；
11、(3-2)柵格篩選：對(duì)于步驟(3-1)獲取的待篩選柵格，根據(jù)其與周圍柵格的高程值差距計(jì)算所述柵格的平均坡度，將平均坡度小于所述柵格類別的預(yù)設(shè)坡度閾值的柵格作為敷設(shè)施工柵格，用于管道敷設(shè)路線規(guī)劃；所述柵格類別的預(yù)設(shè)坡度閾值，根據(jù)所述類別的海底區(qū)域的平均高程值按照其平均高程值越大預(yù)設(shè)坡度預(yù)制越大的原則確定。
12、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其所述坡度用于表征柵格高程沿某方向變化率，可用周圍柵格與該柵格的平均高程之差與柵格中心距離的比值來計(jì)算。
13、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其平均坡度用于表征柵格柵格高程沿各個(gè)方向變化率均值；柵格的平均坡度計(jì)算方法如下：
14、
15、其中，s(i,j)為該柵格相對(duì)于周圍柵格的斜率，該柵格的相對(duì)坐標(biāo)為(0,0)，周圍柵格的坐標(biāo)為(i,j)，i＝-1,0,1，j＝-1,0,1，且i,j不同時(shí)為0。
16、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其柵格相對(duì)于周圍柵格的斜率s(i,j)計(jì)算方法如下：
17、
18、其中為坐標(biāo)為(i,j)柵格的平均高程，為該柵格的平均高程，柵格的平均高程按照如下方法計(jì)算：
19、
20、其中，h為柵格內(nèi)像元的高程值。
21、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其步驟(2)所述區(qū)域的類別，用于表征地形類別，類別可預(yù)先定義或采用訓(xùn)練收斂的分類器進(jìn)行分類。
22、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其當(dāng)所述待重構(gòu)三維地形的高程圖像為彩色圖像時(shí)，采用原始圖像或灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測，優(yōu)選的邊緣檢測算法為：sobel算法，使用離散差分算子來計(jì)算圖像像素灰度值的梯度，通過水平和垂直兩個(gè)方向的卷積運(yùn)算來識(shí)別邊緣。
23、優(yōu)選地，所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其所述高程值為圖像灰度值，當(dāng)所述待重構(gòu)三維地形的高程圖像為彩色圖像時(shí)，用rgb格式表示像素色彩，并將rgb值對(duì)應(yīng)的灰度值作為該像素的高程值。
24、按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選系統(tǒng)，所述系統(tǒng)為電子設(shè)備或非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)；
25、所述電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的所述多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法的步驟。
26、所述非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法的步驟。
27、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：
28、本發(fā)明提供的海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，基于海底高程圖，通過不同尺度的柵格篩選，分辨率可根據(jù)需要通過設(shè)置柵格大小而調(diào)整，兼顧篩選速度和篩選精度，迅速且細(xì)致的從待篩選海底區(qū)域中搜索符合施工條件的待施工海底區(qū)域。
29、優(yōu)選方案，結(jié)合區(qū)域類別和柵格區(qū)域斜率來判斷沉積層的穩(wěn)定程度，綜合海底地形地貌信息自適應(yīng)的篩選適合作為海底管道敷設(shè)施工柵格，從而在保證施工安全和使用安全的前提下，有效控制成本。
1.一種多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，基于海底高程信息，具體包括以下步驟：
2.如權(quán)利要求1所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，步驟(3)柵格篩選的尺度按照如下方法確定：
3.如權(quán)利要求2所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，第l次柵格篩選的具體步驟為：
4.如權(quán)利要求3所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，所述坡度用于表征柵格高程沿某方向變化率，可用周圍柵格與該柵格的平均高程之差與柵格中心距離的比值來計(jì)算。
5.如權(quán)利要求4所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，平均坡度用于表征柵格柵格高程沿各個(gè)方向變化率均值；柵格的平均坡度計(jì)算方法如下：
6.如權(quán)利要求5所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，柵格相對(duì)于周圍柵格的斜率s(i,j)計(jì)算方法如下：
7.如權(quán)利要求1所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，步驟(2)所述區(qū)域的類別，用于表征地形類別，類別可預(yù)先定義或采用訓(xùn)練收斂的分類器進(jìn)行分類。
8.如權(quán)利要求7所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，當(dāng)所述待重構(gòu)三維地形的高程圖像為彩色圖像時(shí)，采用原始圖像或灰度圖像進(jìn)行邊緣檢測，優(yōu)選的邊緣檢測算法為：sobel算法，使用離散差分算子來計(jì)算圖像像素灰度值的梯度，通過水平和垂直兩個(gè)方向的卷積運(yùn)算來識(shí)別邊緣。
9.如權(quán)利要求1所述的多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選方法，其特征在于，所述高程值為圖像灰度值，當(dāng)所述待重構(gòu)三維地形的高程圖像為彩色圖像時(shí)，用rgb格式表示像素色彩，并將rgb值對(duì)應(yīng)的灰度值作為該像素的高程值。
10.一種多尺度海底管道敷設(shè)施工柵格篩選系統(tǒng)，所述系統(tǒng)為電子設(shè)備或非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)；