CN111209626A - 一种确定沙障铺设路径的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定沙障铺设路径的方法和系统。所述方法包括：获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像；将所述彩色图像转化为灰度值图像；将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图；提取所述密度散点图中的各个散点；采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为所述沙障铺设路径。本发明提供的确定沙障铺设路径的方法和系统，能够精确得到所需要铺设沙障的最佳路径，且具有路径确定效率高的特点。

Description

一种确定沙障铺设路径的方法和系统
技术领域
本发明涉及路径规划技术领域，特别是涉及一种确定沙障铺设路径的方法和系统。
背景技术
目前，世界上有21亿人口(约占世界总人口的40％)居住在沙漠或者干旱地区之中，因为沙漠和旱地也有它的经济价值，世界上50％的牲畜生长在沙漠和干旱地区的牧场中，44％的可耕地为旱地，而且干旱地固存了全球46％的碳。但是荒漠化正影响着世界上36亿公顷的土地(占地球陆地总面积的25％)，其中，每年消失的土地可生产2000万吨的粮食，威胁着大约100个国家的10亿多人的生活，所造成的经济损失达到420亿美元。
沙漠化治理是一项综合形的系统工程，防止沙漠化的主要工作还需要从源头出发，要从固沙和阻沙来治理沙漠化才能更有效率的对抗土地沙漠化。而铺设沙障，是目前防治土地沙漠化的重要手段之一。铺设沙障所采用的方法包括：带状平铺沙障设计和全面平铺沙障设计。其中，带状平铺沙障设计需要使带的走向应与主害风方向垂直的同时，考虑带状平铺沙障与建设项目及周围地区的综合整治相配合。通常带宽约为0.6～1.0m，带间距约为4～5m，带长则需要根据地形和防护要求进行确定。覆盖物若为柴草和枝条时，铺平沙面后，需在上面横压枝条，并用木桩固定，或在带的中线压湿沙，注意柴草的梢头应向迎风方向。全面平铺沙障设计主要是铺设直立式沙障，而直立式沙障采用的材料一般是柴草，有时也采用粘土。直立式沙障在灌溉渠道和农田防沙上应用较普遍，铁路、公路和重点开发建设项目上一般采用防沙栅栏。而采用粘土做成的防沙土墙也是一种特殊直立式沙障类型。
但是，在现有技术中所采用的沙障铺设方法中，均需要人工依据的当前沙丘位置处的主风力方向来确定铺设路径，这种方式不单单效率低下，而且依据主风力方向进行的铺设路径的规划也并不能完全准确的描绘出整个沙障的最佳铺设路径。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定沙障铺设路径的方法和系统，能够精确得到所需要铺设沙障的最佳路径，且具有路径确定效率高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种确定沙障铺设路径的方法，包括：
获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像；
将所述彩色图像转化为灰度值图像；
将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图；
提取所述密度散点图中的各个散点；
采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为所述沙障铺设路径。
可选的，在所述采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径之后，所述方法还包括：将所述密度散点图与所述沙丘区域的地图进行比对，确定所述密度散点图中各个散点的地理坐标；
根据各个散点的所述地理坐标，确定所述沙障铺设路径在所述沙丘区域中的具体位置。
可选的，在所述获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像之后，所述方法还包括：对所获取的彩色图像进行噪声处理。
可选的，所述将所述彩色图像转化为灰度值图像，包括：采用平均值法将所述彩色图像转化为灰度值图像。
可选的，所述将所述灰度值图像进行二值化处理，包括：采用最大类间方差法将所述灰度值图像进行二值化处理。
一种确定沙障铺设路径的系统，包括：
彩色图像获取模块，用于获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像；
灰度值图像转化模块，用于将所述彩色图像转化为灰度值图像；
密度散点图获取模块，用于将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图；
散点提取模块，用于提取所述密度散点图中的各个散点；
最短路径确定模块，用于采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为沙障铺设路径。
可选的，所述系统还包括：散点坐标获取模块，用于将所述密度散点图与所述沙丘区域的地图进行比对，确定所述密度散点图中各个散点的地理坐标；
位置确定模块，用于根据各个散点的所述地理坐标，确定所述沙障铺设路径在所述沙丘区域中的具体位置。
可选的，所述系统还包括：噪声处理模块，用于对所获取的彩色图像进行噪声处理。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明所提供的一种确定沙障铺设路径的方法和系统，通过将所拍摄的待铺设沙丘区域的彩色图像转化为密度散点图像，根据密度散点图像中的各个散点，采用旅行商问题算法确定一条包含有全部散点的最短路径，进而快速得到最佳的沙障铺设路径，这就能够在提高沙障铺设路径规划效率的同时，达到精确规划沙障铺设路径的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的确定沙障铺设路径方法的流程图；
图2为本发明实施例所提供的某一待铺设沙障的沙丘区域的密度散点图；
图3为本发明实施例所依据密度散点图中各散点所确定的最短路径图；
图4为本发明实施例所提供的确定沙障铺设路径系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种确定沙障铺设路径的方法和系统，能够精确得到所需要铺设沙障的最佳路径，且具有路径确定效率高的特点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例所提供的确定沙障铺设路径方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
S100、获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像；
S101、将所述彩色图像转化为灰度值图像；
S102、将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图(如图2所示)；
S103、提取所述密度散点图中的各个散点；
S104、采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为所述沙障铺设路径，所确定的最短路径(沙障铺设路径)如图3所示。
其中，在S101中采用平均值法将所述彩色图像转化为灰度值图像。在所转化得到的灰度值图像中，灰度颜色比较深的地方对应于沙丘被侵蚀严重的区域，灰度颜色比较浅的地方对应于沙丘被侵蚀不严重的区域。
在S102中，采用最大类间方差法将所述灰度值图像进行二值化处理后，得到密度散点图。其中，密度散点图中散点密集的地方对应于沙丘被侵蚀严重的区域，散点稀疏的地方对应于沙丘被侵蚀不严重的区域。
在S103和S104中，将所得到的密度散点图导入到Matlab软件中，将所述密度散点图中的各个散点提取出来之后，选择任一散点为起始点(优选的以最边缘的一个散点最为起始点)，确定得到一条包含有全部散点的最短路径。所确定得到的最短路径就是所需规划得到的沙障铺设的最佳路径。
而为了便于后续对所需铺设路径进行沙障铺设，所述方法中还可以包括：所述密度散点图与所述沙丘区域的地图进行比对，确定所述密度散点图中各个散点的地理坐标；并且根据各个散点的所述地理坐标，确定所述沙障铺设路径在所述沙丘区域中的具体位置的步骤，以便对所需要进行沙障铺设的各个散点位置进行定位。
并且，为了降低噪声对所铺设沙障路径准确性规划的影响，在采集到待铺设沙障沙丘区域的彩色图像后，还可以对所获取的彩色图像进行噪声处理。
因此，本发明所提供的一种确定沙障铺设路径的方法，通过将所拍摄的待铺设沙丘区域的彩色图像转化为密度散点图像，根据密度散点图像中的各个散点，采用旅行商问题算法确定一条包含有全部散点的最短路径，进而快速得到最佳的沙障铺设路径，这就能够在提高沙障铺设路径规划效率的同时，达到精确规划沙障铺设路径的目的。
此外为了达到上述目的，本发明还提供了一种确定沙障铺设路径的系统，如图4所示，所述系统包括：彩色图像获取模块1、灰度值图像转化模块2、密度散点图获取模块3、散点提取模块4和最短路径确定模块5。
其中，彩色图像获取模块1(可以是无人机)获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像后，通过灰度值图像转化模块2将所述彩色图像转化为灰度值图像。然后，密度散点图获取模块3将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图。散点提取模块4提取所述密度散点图中的各个散点后，最短路径确定模块5采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为沙障铺设路径。
而为了便于后续对所需铺设路径进行沙障铺设，所述系统还可以包括：散点坐标获取模块和位置确定模块。
散点坐标获取模块将所述密度散点图与所述沙丘区域的地图进行比对，确定所述密度散点图中各个散点的地理坐标后，位置确定模块根据各个散点的所述地理坐标，确定所述沙障铺设路径在所述沙丘区域中的具体位置。通过这一设置，可以对所需要进行沙障铺设的各个散点位置进行定位。
并且，为了降低噪声对所铺设沙障路径准确性规划的影响，所述系统还包括对所获取的彩色图像进行噪声处理的噪声处理模块(可以是滤波器)。
本发明所提供的确定沙障铺设路径的系统所达到的技术效果与上述方法所达到的结束效果相同，在此不再进行赘述。
此外，与传统沙障的观察按照主风力方向进行铺设单行、多行和沙障方格或其他网格状结构不同，本发明上述所提供的确定沙障铺设路径的方法和系统，所确定的沙障铺设路径更加准确，且在沙障铺设的个过程中只需要进行单行结构的铺设，使得沙障的结构参数更加简单，也能避免使用多种方向铺设结构的机械结构的设计难题。
而进一步为了真正实现防风固沙的目标，需要利用定位装置(如全球卫星定位装置，惯性导航装置)来对本发明所确定的沙障铺设路径进行引导，将被侵蚀沙地的散点图和地图对应，找到每个散点的经纬度坐标，根据规划好的路径对散点位置进行导航，使实施沙障的机械装备或人力劳动者能够按照既定的上涨铺设路径进行铺设。而一般采用的铺设沙障的材料为：麦秸、稻草类的生物材料，或尼龙网等人造材料。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种确定沙障铺设路径的方法，其特征在于，包括：
获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像；
将所述彩色图像转化为灰度值图像；
将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图；
提取所述密度散点图中的各个散点；
采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为所述沙障铺设路径。
2.根据权利要求1所述的一种确定沙障铺设路径的方法，其特征在于，在所述采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径之后，所述方法还包括：将所述密度散点图与所述沙丘区域的地图进行比对，确定所述密度散点图中各个散点的地理坐标；
根据各个散点的所述地理坐标，确定所述沙障铺设路径在所述沙丘区域中的具体位置。
3.根据权利要求1所述的一种确定沙障铺设路径的方法，其特征在于，在所述获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像之后，所述方法还包括：对所获取的彩色图像进行噪声处理。
4.根据权利要求1所述的一种确定沙障铺设路径的方法，其特征在于，所述将所述彩色图像转化为灰度值图像，包括：采用平均值法将所述彩色图像转化为灰度值图像。
5.根据权利要求1所述的一种确定沙障铺设路径的方法，其特征在于，所述将所述灰度值图像进行二值化处理，包括：采用最大类间方差法将所述灰度值图像进行二值化处理。
6.一种确定沙障铺设路径的系统，其特征在于，包括：
彩色图像获取模块，用于获取待铺设沙障的沙丘区域的彩色图像；
灰度值图像转化模块，用于将所述彩色图像转化为灰度值图像；
密度散点图获取模块，用于将所述灰度值图像进行二值化处理，得到密度散点图；
散点提取模块，用于提取所述密度散点图中的各个散点；
最短路径确定模块，用于采用旅行商问题算法，以所提取散点中的任一散点为起始点，确定一条包含有全部散点的最短路径；所述最短路径即为沙障铺设路径。
7.根据权利要求6所述的一种确定沙障铺设路径的系统，其特征在于，所述系统还包括：散点坐标获取模块，用于将所述密度散点图与所述沙丘区域的地图进行比对，确定所述密度散点图中各个散点的地理坐标；
位置确定模块，用于根据各个散点的所述地理坐标，确定所述沙障铺设路径在所述沙丘区域中的具体位置。
8.根据权利要求6所述的一种确定沙障铺设路径的系统，其特征在于，所述系统还包括：噪声处理模块，用于对所获取的彩色图像进行噪声处理。
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