CN112630860B - 一种河湖底泥探测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种河湖底泥探测方法及系统，本发明实施例通过无人机搭载激光雷达在预置的航线上飞行；通过该激光雷达得到底泥表面的第一三维图像；并通过底泥探测设备在预设的多个探测点进行底泥探测，获取该多个探测点的底泥深度；然后通过中央处理器根据该多个探测点在该第一三维图像中的位置，将该多个探测点融合进该第一三维图像中，得到第二三维图像，确定探测点底，进而确定底泥底部平面；再获取该底泥底部平面在该第二三维图像中的底部位置信息，以及底泥顶部的顶部位置信息；最后根据该底部位置信息以及该顶部位置信息确定底泥的体积。本方案不需要对底泥深度进行密集探测，可以提高获取河湖底泥体积的效率，减少物理消耗。

Description

一种河湖底泥探测方法及系统

技术领域

本发明涉及测量与传感技术领域，具体涉及一种河湖底泥探测方法及系统。

背景技术

目前，河湖流域整治是生态环境治理的一个重点，河湖中的污秽、微生物、颗粒物等沉积在河湖底部，形成了底泥，底泥会导致河湖污染，所以底泥量对于水环境整治而言意义重大。

特别地，针对清淤的前期调查，需要清除河湖底泥的体积，用于精确估算工程量，决策工程方法、处理方案，河湖中底泥并不是均匀分布的，有些地方厚有些地方浅，现有技术中，采用船托运采样设备，在湖面上密集采样，然后根据各个采样点估算底泥的体积，但存在一些地方船只难以到达，这样确定底泥体积的效率很低，并且物理消耗大。

发明内容

本发明实施例提供一种河湖底泥探测方法及系统，可以提高获取河湖底泥体积的效率，减少物理消耗。

第一方面，本发明实施例提供了一种河湖底泥探测方法，所述方法应用于河湖底泥探测系统，所述河湖底泥探测系统包括无人机、搭载在所述无人机上的激光雷达、底泥探测设备以及中央处理器，所述方法包括：

通过所述无人机搭载所述激光雷达在预置的航线上飞行，所述航线为需要进行底泥测量的航线；

通过所述激光雷达根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点位所分别对应的若干个距离信息；

获取所述若干个距离信息中的最小基础距离信息，并将所述最小距离信息进行预处理，获得最小标准距离信息，所述预处理包括：所述最小基础距离信息减去所述激光雷达距离湖面的距离信息；

将所述最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对；

若所述最小距离信息小于所述第一阈值距离信息，则利用规则网格法对所述若干个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场所对应的底泥表面的第一三维图像；

通过所述底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，所述底泥探测设备包括底泥探测杆以及压力检测器，所述压力检测器安装在所述底泥探测杆的探测端，在作业时，当所述压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，所述底泥探测杆停止向下探测运动，并记录此时的底泥深度；

将所述第一三维图像以及所述底泥深度发送至所述中央处理器，所述底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息；

通过所述中央处理器根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像；

根据所述底泥深度确定所述多个探测点在所述第二三维图像中的探测点底；

将所述第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据所述底部连线确定所述第二三维图像的底泥底部平面；

获取所述底泥底部平面在所述第二三维图像中的底部位置信息，以及获取所述第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；

根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积。

在一些实施例中，所述若所述最小距离信息小于所述第一阈值距离信息之后，所述方法还包括：

将所述最小距离信息与第二阈值距离信息进行对比；其中，所述第二阈值距离信息小于所述第一阈值距离信息；

若所述最小距离信息小于所述第二阈值距离信息，则发出高度报警信号；

去除小于所述第二阈值距离信息的所对应视场的点位后，利用规则网格法对剩余的多个点位所对应的多个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场剩余的多个点位所对应的底泥表面的第一三维图像。

在一些实施例中，所述根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积之后，所述方法还包括：

提取数据库中对应河湖视场内的历史底泥三维图像；

通过比对所述第二三维图像及所述历史底泥三维图像，确定底泥的体积变化数据；

依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级；

依据所述风险沉积等级确定所述视场的清理周期；

所述依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级具体包括：

将所述体积变化数据与体积变化阈值进行比对；

若所述体积变化数据大于所述体积变化阈值，则获取所述第二三维图像中的底泥体积的横向宽度变化值和纵向深度变化值；

若所述纵向变化值变化值大于所述横向变化值，则所述风险沉积等级为高风险等级；

若所述纵向变化值变化值小于所述横向变化值，则所述风险沉积等级为低风险等级。

在一些实施例中，所述将所述第一三维图像以及所述底泥深度发送至所述中央处理器之后，所述方法还包括：

确定是否存在底泥过厚探测点，所述底泥过厚探测点为底泥深度大于深度阈值的探测点；

若存在，则对底泥过厚探测点标上底泥过厚标记。

在一些实施例中，所述通过所述中央处理器根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像之后，所述方法还包括：

在所述第二三维图像中，以标记有底泥过厚标记的探测点为中心，以5米为半径，在底泥过厚探测点周围标记上底泥过厚范围标记。

在一些实施例中，所述底泥探测设备还包括泥质检测器，所述泥质检测器安装在距离所述底泥探测杆探测端5厘米的位置。

在一些实施例中，所述通过所述底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，包括：

通过所述底泥探测杆在预设的多个探测点进行底泥深度探测，获取所述多个探测点的底泥深度；

通过所述泥质检测器检测所述底泥的泥质，所述泥质包括微生物含量及重金属含量。

在一些实施例中，所述通过所述泥质检测器检测所述底泥的泥质之后，所述方法还包括：

确定所述微生物含量是否超过微生物含量标准，及确定所述重金属含量是否超过重金属含量标准；

若超过所述微生物含量标准和/或超过所述重金属含量标准，则发出泥质报警信号。

在一些实施例中，所述通过所述无人机搭载所述激光雷达在预置的航线上飞行之后，所述方法还包括：

通过所述激光雷达确定底泥距离水面的高度是否小于1米；

若小于1米，则发出高度报警信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种河湖底泥探测系统，所述系统包括：

所述无人机，用于搭载所述激光雷达在预置的航线上飞行，所述航线为需要进行底泥测量的航线；

所述激光雷达，用于根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点的若干个距离信息，获取所述若干个距离信息中的最小基础距离信息，并将所述最小距离信息进行预处理，获得最小标准距离信息，所述预处理包括：所述最小基础距离信息减去所述激光雷达距离湖面的距离信息；将所述最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对；若所述最小距离信息小于所述第一阈值距离信息，则利用规则网格法对所述若干个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场所对应的底泥表面的第一三维图像，并将所述第一二维图像发送至所述中央处理器；

所述底泥探测设备，用于在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，并发送所述底泥深度至所述中央处理器，所述底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息，所述底泥探测设备包括底泥探测杆以及压力检测器，所述压力检测器安装在所述底泥探测杆的探测端，在作业时，当所述压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，所述底泥探测杆停止向下探测运动，并记录此时的底泥深度；

所述中央处理器，用于根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像；

根据所述底泥深度确定所述多个探测点在所述第二三维图像中的探测点底；

将所述第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据所述底部连线确定所述第二三维图像的底泥底部平面；

获取所述底泥底部平面在所述第二三维图像中的底部位置信息，以及获取所述第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；

根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积。

在一些实施方式中，所述所述激光雷达还用于：

将所述最小距离信息与第二阈值距离信息进行对比；其中，所述第二阈值距离信息小于所述第一阈值距离信息；

若所述最小距离信息小于所述第二阈值距离信息，则发出高度报警信号；

去除小于所述第二阈值距离信息的所对应视场的点位后，利用规则网格法对剩余的多个点位所对应的多个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场剩余的多个点位所对应的底泥表面的第一三维图像。

在一些实施方式中，所述中央处理器还具体用于：

提取数据库中对应河湖视场内的历史底泥三维图像；

通过比对所述第二三维图像及所述历史底泥三维图像，确定底泥的体积变化数据；

依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级；

依据所述风险沉积等级确定所述视场的清理周期；

所述依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级具体包括：

将所述体积变化数据与体积变化阈值进行比对；

若所述体积变化数据大于所述体积变化阈值，则获取所述第二三维图像中的底泥体积的横向宽度变化值和纵向深度变化值；

若所述纵向变化值变化值大于所述横向变化值，则所述风险沉积等级为高风险等级；

若所述纵向变化值变化值小于所述横向变化值，则所述风险沉积等级为低风险等级。

在一些实施方式中，所述中央处理器还用于：

确定是否存在底泥过厚探测点，所述底泥过厚探测点为底泥深度大于深度阈值的探测点；

若存在，则对底泥过厚探测点标上底泥过厚标记。

在一些实施方式中，所述中央处理器还用于：

在所述第二三维图像中，以标记有底泥过厚标记的探测点为中心，以5米为半径，在底泥过厚探测点周围标记上底泥过厚范围标记。

在一些实施方式中，所述底泥探测设备还包括泥质检测器，所述泥质检测器安装在距离所述底泥探测杆探测端5厘米的位置。

在一些实施方式中，所述底泥探测设备具体用于：

通过所述底泥探测杆在预设的多个探测点进行底泥深度探测，获取所述多个探测点的底泥深度；

通过所述泥质检测器检测所述底泥的泥质，所述泥质包括微生物含量及重金属含量。

在一些实施例中，所述底泥探测设备还用于：

确定所述微生物含量是否超过微生物含量标准，及确定所述重金属含量是否超过重金属含量标准；

若超过所述微生物含量标准和/或超过所述重金属含量标准，则发出泥质报警信号。

在一些实施例中，所述激光雷达还用于：

确定底泥距离水面的高度是否小于1米；

若小于1米，则发出高度报警信号。

本发明实施例，提供了一种河湖底泥探测方法，该方法通过无人机搭载激光雷达在预置的航线上飞行；通过该激光雷达根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点的距离信息，并利用规则网格法对该距离信息进行三维合成处理，得到底泥表面的第一三维图像；并通过底泥探测设备在预设的多个探测点进行底泥探测，获取该多个探测点的底泥深度；然后通过中央处理器根据该多个探测点在该第一三维图像中的位置，将该多个探测点融合进该第一三维图像中，得到第二三维图像；并根据该底泥深度确定该多个探测点在该第二三维图像中的探测点底；将该第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据该底部连线确定该第二三维图像的底泥底部平面；再获取该底泥底部平面在该第二三维图像中的底部位置信息，以及获取该第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；最后根据该底部位置信息以及该顶部位置信息确定底泥的体积。本方案，可以通过搭载在无人机上的激光雷达获取底泥的三维形貌，结合底泥探测设备获取的底泥深度，进而确定底泥的体积，本实施例不需要对底泥深度进行密集探测，可以提高获取河湖底泥体积的效率，减少物理消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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是本发明实施例提供的河湖底泥探测方法的一个示意图；

图2是本发明实施例提供的河湖底泥探测系统的一个结构示意图。

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，本领域技术人员在没有作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。

在以下的说明中，本发明的具体实施例将参考由一部或多部计算机所执行的步骤及符号来说明，除非另有述明。因此，这些步骤及操作将有数次提到由计算机执行，本文所指的计算机执行包括了由代表了以一结构化型式中的数据的电子信号的计算机处理单元的操作。此操作转换该数据或将其维持在该计算机的内存系统中的位置处，其可重新配置或另外以本领域测试人员所熟知的方式来改变该计算机的运作。该数据所维持的数据结构为该内存的实体位置，其具有由该数据格式所定义的特定特性。但是，本发明原理以上述文字来说明，其并不代表为一种限制，本领域测试人员将可了解到以下所述的多种步骤及操作亦可实施在硬件当中。

本发明的原理使用许多其它泛用性或特定目的运算、通信环境或组态来进行操作。所熟知的适合用于本发明的运算系统、环境与组态的范例可包括(但不限于)手持电话、个人计算机、服务器、多处理器系统、微电脑为主的系统、主架构型计算机、及分布式运算环境，其中包括了任何的上述系统或装置。

本发明中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

请参阅图1，图1是本发明一实施例提供的河湖底泥探测方法的流程示意图。该河湖底泥探测方法的执行主体可以是本发明实施例提供的河湖底泥探测系统，该系统包括无人机、搭载在所述无人机上的激光雷达、底泥探测设备以及中央处理器。该河湖底泥探测方法可以包括：

101、通过无人机搭载激光雷达在预置的航线上飞行。

其中，该基础航线为初次需要进行底泥测量的航线。

需要说明的是，在进行底泥探测时，无人机需要在距离水面固定距离上方进行飞行，例如，在进行底泥探测时，在水面上方10厘米的距离进行飞行。

102、通过激光雷达根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点的若干个距离信息，并利用规则网格法对距离信息进行三维合成处理，得到底泥表面的第一三维图像。

该距离信息为激光雷达到底泥的距离。

其中，该激光雷达的探测密度与后续三维图像的精度有关，精度要求越高，探测密度越密集，例如，探测密度为1厘米。

本实施例中的激光雷达利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点的距离信息之后，将利用规则网格法对获取到的多个距离信息进行三维合成处理，具体地，可以利用内插法将个点的距离信息插入预设的网格中，进而得到底泥表面的第一三维图像。而需要说明的是，二维逐点扫描技术、规则网格法、内插法等均是现有常规处理方法，本实施例不再对各方法的具体实现原理做详细说明，采用现有技术即可，而本发明的创新之处在于将其各方法应用于河湖底泥探测，以获取底泥表面的第一三维图像数据。

在此过程中，需要补充说明的是，在获取到视场内各点的若干个距离信息之后，为了能够对湖底进行“有效”探测，也即只针对湖底底泥堆积厚度达到一定高度时的区域进行探测，因此本实施例中在获取视场内各点的若干个距离信息之后，可先将若干个距离信息依次进行排序，并获取所述若干个距离信息中的最小基础距离信息，该最小基础距离信息也即表征的该视场区域内湖底底泥堆积厚度最高的点位，此时将所述最小距离信息进行预处理，获得最小标准距离信息，所述预处理包括：所述最小基础距离信息减去所述激光雷达距离湖面的距离信息；也即通过预处理后所获得的最小标准距离信息即为湖面和湖底底泥顶部之间的距离信息。

然后将最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对；可以理解，该第一阈值距离信息在本发明实施例中为可进行“有效”探测的距离信息，也即只有在最小标准距离信息小于第一阈值距离信息，才表示该点位处的底泥厚度达到了可探测的标准，此时予以探测，也即用规则网格法对所述若干个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场所对应的底泥表面的第一三维图像；而当最小标准距离信息大于第一阈值距离信息时，则表示该点位处的底泥厚度较浅，还未达到了可探测的标准，此时不在继续探测该点位，而继续航行至下一视场进行探测。

进一步的，将最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对时，若最小标准距离信息小于第一阈值距离信息，为了湖面的行船安全性，此时本实施例还继续将最小标准距离信息与第二阈值距离信息进行比对，该第二阈值距离信息小于所述第一阈值距离信息。可以理解，当最小标准距离信息继续小于第二阈值距离信息时，此时底泥的顶部高度已经距离湖面很近，极易对湖面上的行船造成碰撞风险，此时发出高度报警信号以提示报警。并且当最小标准距离信息小于第二阈值距离信息时，也即表示该点位处的底泥的顶部高度属于危险高度，但是为了能对除去该点位的其他点位继续探测（因为其他点位的距离高度有可能是满足探测标准的），因此本发明实施例在该视场区域内去除距离信息小于或等于第二阈值距离信息的点位（也即属于危险高度的点位），可以理解去除危险高度所对应的点位后，剩余的点位所各自对应的距离信息是小于第一阈值距离信息，并且大于第二阈值距离信息的，因此继续利用规则网格法对剩余的多个点位所对应的多个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场剩余的多个点位所对应的底泥表面的第一三维图像。

也就是说，本发明实施例下述步骤中所涉及的第一三维图像，可以是视场区域中全部点位所对应的第一三维图像，也可以是去除危险高度的点位后的剩余点位所对应的第一三维图像，对此本发明实施例并不做限定。

103、通过底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取多个探测点的底泥深度。

其中，底泥探测设备包括底泥探测杆以及压力检测器，压力检测器安装在底泥探测杆的探测端，在作业时，当压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，底泥探测杆停止向下探测运动，并记录此时的底泥深度。

其中，探测点可以距离200米设置一个，具体数值此处不做限定。

本实施例中，当压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，底泥探测杆停止向下探测运动，即，当底泥探测杆碰到密度较大的地方时，此时，默认到达底泥底部，停止进行向下探测运动。

在一些实施例中，底泥探测设备还包括泥质检测器，泥质检测器安装在距离底泥探测杆探测端5厘米的位置。

此时，通过底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取多个探测点的底泥深度，包括：通过底泥探测杆在预设的多个探测点进行底泥深度探测，获取多个探测点的底泥深度；并通过泥质检测器检测底泥的泥质，泥质包括微生物含量及重金属含量。

此时用户就可以确定监测点的微生物含量以及重金属含量，当发现微生物含量和/或重金属含量超标（即超过预设的微生物含量标准和/或超过预设的重金属含量标准），此时可以发出报警信号，提醒用户该位置的泥质问题，并且此方法还可以用于监测底泥的泥质。

需要说明的是，步骤103与步骤101及步骤102无先后顺序关系，即，步骤103还可以在步骤101或步骤102之前执行，也可以与步骤101或步骤102同事执行，具体此处不做限定。

104、将第一三维图像以及底泥深度发送至中央处理器。

其中，底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息。

当激光雷达确定了底泥的第一三维图像之后，将该第一三维图像发送给中央处理器，当底泥探测设备确定了多个探测点的底泥深度之后，将该底泥深度发送给中央处理器。

105、通过中央处理器根据多个探测点在第一三维图像中的位置，将多个探测点融合进第一三维图像中，得到第二三维图像。

由于底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息，第一三维图像包括采集的图像的位置信息，本实施例中的中央处理器可以在第一三维图像中确定探测点的位置，即在第一三维图像中找出与探测点对应的位置，并对该位置进行标记，以表明该位置为探测点位置。

在一些实施例中，将第一三维图像以及底泥深度发送至中央处理器之后，方法还包括：确定是否存在底泥过厚探测点，底泥过厚探测点为底泥深度大于深度阈值的探测点；若存在，则对底泥过厚探测点标上底泥过厚标记，其中，该深度预置可以为1米。

此时，通过中央处理器根据多个探测点在第一三维图像中的位置，将多个探测点融合进第一三维图像中，得到第二三维图像之后，方法还包括：第二三维图像中，以标记有底泥过厚标记的探测点为中心，以5米为半径，在底泥过厚探测点周围标记上底泥过厚范围标记。此步骤用于提醒用户该位置底泥比较厚，注意行船安全，以及在后续规划底泥清除方案时，提醒该位置的底泥比较厚，建议增加该位置的清除工作。

106、根据底泥深度确定多个探测点在第二三维图像中的探测点底。

本实施例中，第二三维图像为探测底泥的三维形貌图像，体现了底泥顶部的图像，此时可以将第二三维图像顶部对应探测点位置确定为该探测点的底泥顶部，由于知道该探测点的底泥深度，故可以根据底泥顶部以及底泥深度确定该探测点的探测点底，其中，探测点底即底泥的底部。

107、将第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据底部连线确定第二三维图像的底泥底部平面。

本实施例中，由于已经在第二三维图像中确定了多个探测点底，及确定了多个底泥的底部，所以根据河床底部的形态特征，可以将第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，并将该底部连线所经过的部分确定为底泥底部的位置，然后根据底部连线确定第二三维图像中的底泥底部平面。

本实施例可以利用底泥的顶部三维图像结合底泥探测设备在探测点处获取的底泥深度估计底泥的整体底部平面，得到底泥的整体样貌，相对现有技术密集地设置探测点，进而估算底泥的样貌，本发明的效率更高，节省人力，并且解决了存在一些地方船只难以到达，从而不能进行底泥深度探测的问题。

108、获取底泥底部平面在第二三维图像中的底部位置信息，以及获取第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息。

本实施例中，具体地，可以为第二三维图像建立坐标，此时获取底泥平面在第二三维坐标的坐标信息，以及获取第二三维图像的顶部曲线坐标信息，具体地，其坐标可以反映底泥的实际体积大小。

109、根据底部位置信息以及顶部位置信息确定底泥的体积。

当获取了第二三维图像中底泥的底部坐标以及顶部坐标之后，就可以根据底部坐标以及顶部坐标确定底泥的体积，在一些实施例中，可以用积分的方式根据底部坐标以及顶部坐标确定底泥的体积。

在一些实施例中，所述根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积，所述方法还包括：

提取数据库中对应河湖视场内的历史底泥三维图像；

通过比对所述第二三维图像及所述历史底泥三维图像，确定底泥的体积变化数据；

依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级；

依据所述风险沉积等级确定所述视场的清理周期；

所述依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级具体包括：

将所述体积变化数据与体积变化阈值进行比对；

若所述体积变化数据大于所述体积变化阈值，则获取所述第二三维图像中的底泥体积的横向宽度变化值和纵向深度变化值；

若所述纵向深度变化值大于所述横向宽度变化值，则所述风险沉积等级为高风险等级；

若所述纵向深度变化值小于所述横向宽度变化值，则所述风险沉积等级为低风险等级。

具体而言，可将河湖视场内的历史底泥三维图像与所获得的第二三维图像进行比对，进而确定对应位置处的底泥体积变化数据。本领域技术人员可以理解，对应位置处的底泥体积变化数据越大，则表示该处的沉积风险越高，清理周期应该设置的越短才好，而体积变化数据又表现在横向宽度变化数据和纵向深度变化数据，而且只有当纵向深度变化数据较大时，才可较准确的反映出其对行船安全性所构成的较大风险。

因此本发明实施例在确定底泥的体积变化数据之后，首先将所述体积变化数据与体积变化阈值进行比对；在所述体积变化数据大于所述体积变化阈值的前提之下，在进一步的获取所述第二三维图像中的底泥体积的横向宽度变化值和纵向深度变化值，可以理解当横向宽度变化值大于纵向深度变化值时，则表示虽然该区域的底泥体积变化较大，但是其主要是在河底横向沉积，纵向深度并未发生变化，而当横向宽度变化值小于纵向深度变化值时，则表示该区域的底泥体积变化较大，其主要是在河底纵向深度上进行沉积，此时对行船安全性所构成的风险较大。

最终，本发明实施例根据纵向深度变化值和横向宽度变化值来确定该视场的风险沉积等级为高风险等级或低风险等级，进而依据风险沉积等级确定视场的清理周期。例如低风险等级的清理周期为12个月，高风险等级的清理周期为6个月，以此依据底泥探测科学界定清理周期，降低行船风险。

本发明实施例，提供了一种河湖底泥探测方法，该方法通过无人机搭载激光雷达在预置的航线上飞行；通过该激光雷达根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点的距离信息，并利用规则网格法对该距离信息进行三维合成处理，得到底泥表面的第一三维图像；并通过底泥探测设备在预设的多个探测点进行底泥探测，获取该多个探测点的底泥深度；然后通过中央处理器根据该多个探测点在该第一三维图像中的位置，将该多个探测点融合进该第一三维图像中，得到第二三维图像；并根据该底泥深度确定该多个探测点在该第二三维图像中的探测点底；将该第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据该底部连线确定该第二三维图像的底泥底部平面；再获取该底泥底部平面在该第二三维图像中的底部位置信息，以及获取该第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；最后根据该底部位置信息以及该顶部位置信息确定底泥的体积。本方案，可以通过搭载在无人机上的激光雷达获取底泥的三维形貌，结合底泥探测设备获取的底泥深度，进而确定底泥的体积，本实施例不需要对底泥深度进行密集探测，可以提高获取河湖底泥体积的效率，减少物理消耗。

此外，结合激光雷达可以快速确定底泥体积以及底泥的三维形状，为实时精准清淤处理提供快速准确的帮助，无人机搭载激光雷达进行底泥的探测，不需密集地设置探测点，可以节省人力，同时，得到底泥的体积还可以用于估算工程的结算。

为便于更好的实施本发明实施例提供的河湖底泥探测方法，本发明实施例还提供一种基于上述河湖底泥探测方法的系统。其中名词的含义与上述河湖底泥探测方法中相同，具体实现细节可以参考方法实施例中的说明。

请参阅图2，该河湖底泥探测系统可以包括无人机、激光雷达、底泥探测设备、中央处理器等，其中：

所述无人机，用于搭载所述激光雷达在预置的航线上飞行，所述航线为需要进行底泥测量的航线；

所述激光雷达，用于根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点的若干个距离信息，获取所述若干个距离信息中的最小基础距离信息，并将所述最小距离信息进行预处理，获得最小标准距离信息，所述预处理包括：所述最小基础距离信息减去所述激光雷达距离湖面的距离信息；将所述最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对；若所述最小距离信息小于所述第一阈值距离信息，则利用规则网格法对所述若干个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场所对应的底泥表面的第一三维图像，并将所述第一二维图像发送至所述中央处理器；

所述底泥探测设备，用于在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，并发送所述底泥深度至所述中央处理器，所述底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息，所述底泥探测设备包括底泥探测杆以及压力检测器，所述压力检测器安装在所述底泥探测杆的探测端，在作业时，当所述压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，所述底泥探测杆停止向下探测运动，并记录此时的底泥深度；

所述中央处理器，用于根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像；

根据所述底泥深度确定所述多个探测点在所述第二三维图像中的探测点底；

将所述第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据所述底部连线确定所述第二三维图像的底泥底部平面；

获取所述底泥底部平面在所述第二三维图像中的底部位置信息，以及获取所述第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；

根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积。

在一些实施方式中，所述所述激光雷达还用于：

将所述最小距离信息与第二阈值距离信息进行对比；其中，所述第二阈值距离信息小于所述第一阈值距离信息；

若所述最小距离信息小于所述第二阈值距离信息，则发出高度报警信号；

去除小于所述第二阈值距离信息的所对应视场的点位后，利用规则网格法对剩余的多个点位所对应的多个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场剩余的多个点位所对应的底泥表面的第一三维图像。

在一些实施方式中，所述中央处理器还用于：

提取数据库中对应河湖视场内的历史底泥三维图像；

通过比对所述第二三维图像及所述历史底泥三维图像，确定底泥的体积变化数据；

依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级；

依据所述风险沉积等级确定所述视场的清理周期；

所述依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级具体包括：

将所述体积变化数据与体积变化阈值进行比对；

若所述体积变化数据大于所述体积变化阈值，则获取所述第二三维图像中的底泥体积的横向宽度变化值和纵向深度变化值；

若所述纵向变化值变化值大于所述横向变化值，则所述风险沉积等级为高风险等级。

在一些实施方式中，所述中央处理器还用于：

确定是否存在底泥过厚探测点，所述底泥过厚探测点为底泥深度大于深度阈值的探测点；

若存在，则对底泥过厚探测点标上底泥过厚标记。

在一些实施方式中，所述中央处理器还用于：

在所述第二三维图像中，以标记有底泥过厚标记的探测点为中心，以5米为半径，在底泥过厚探测点周围标记上底泥过厚范围标记。

在一些实施方式中，所述底泥探测设备还包括泥质检测器，所述泥质检测器安装在距离所述底泥探测杆探测端5厘米的位置。

在一些实施方式中，所述底泥探测设备具体用于：

通过所述底泥探测杆在预设的多个探测点进行底泥深度探测，获取所述多个探测点的底泥深度；

通过所述泥质检测器检测所述底泥的泥质，所述泥质包括微生物含量及重金属含量。

在一些实施例中，所述底泥探测设备还用于：

确定所述微生物含量是否超过微生物含量标准，及确定所述重金属含量是否超过重金属含量标准；

若超过，则发出泥质报警信号。

在一些实施例中，所述激光雷达还用于：

确定底泥距离水面的高度是否小于1米；

若小于1米，则发出高度报警信号。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对河湖底泥探测方法的详细描述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。

为此，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本发明实施例所提供的任一种河湖底泥探测方法中的步骤。例如，该指令可以执行如下步骤：

通过所述无人机搭载所述激光雷达在预置的航线上飞行，所述航线为需要进行底泥测量的航线；

通过所述激光雷达根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点位所分别对应的若干个距离信息；

获取所述若干个距离信息中的最小基础距离信息，并将所述最小距离信息进行预处理，获得最小标准距离信息，所述预处理包括：所述最小基础距离信息减去所述激光雷达距离湖面的距离信息；

将所述最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对；

若所述最小距离信息小于所述第一阈值距离信息，则利用规则网格法对所述若干个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场所对应的底泥表面的第一三维图像；

通过所述底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，所述底泥探测设备包括底泥探测杆以及压力检测器，所述压力检测器安装在所述底泥探测杆的探测端，在作业时，当所述压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，所述底泥探测杆停止向下探测运动，并记录此时的底泥深度；

将所述第一三维图像以及所述底泥深度发送至所述中央处理器，所述底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息；

通过所述中央处理器根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像；

根据所述底泥深度确定所述多个探测点在所述第二三维图像中的探测点底；

将所述第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据所述底部连线确定所述第二三维图像的底泥底部平面；

获取所述底泥底部平面在所述第二三维图像中的底部位置信息，以及获取所述第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；

根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积。

以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。

其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取记忆体（RAM，Random Access Memory）、磁盘或光盘等。

由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本发明实施例所提供的任一种河湖底泥探测方法中的步骤，因此，可以实现本发明实施例所提供的任一种河湖底泥探测方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。

以上对本发明实施例所提供的一种河湖底泥探测方法及系统进行了详细介绍，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 (7)

1.一种河湖底泥探测方法，其特征在于，所述方法应用于河湖底泥探测系统，所述河湖底泥探测系统包括无人机、搭载在所述无人机上的激光雷达、底泥探测设备以及中央处理器，所述方法包括：

通过所述无人机搭载所述激光雷达在预置的航线上飞行，所述航线为需要进行底泥测量的航线；

通过所述激光雷达根据预置的探测密度，利用二维逐点扫描方式测量并获取视场内各点位所分别对应的若干个距离信息；

获取所述若干个距离信息中的最小基础距离信息，并将所述最小基础距离信息进行预处理，获得最小标准距离信息，所述预处理包括：所述最小基础距离信息减去所述激光雷达距离湖面的距离信息；

将所述最小标准距离信息与第一阈值距离信息进行比对；

若所述最小标准距离信息小于所述第一阈值距离信息，将所述最小标准距离信息与第二阈值距离信息进行对比；其中，所述第二阈值距离信息小于所述第一阈值距离信息；若所述最小标准距离信息小于所述第二阈值距离信息，则发出高度报警信号；去除小于所述第二阈值距离信息的所对应视场的点位后，利用规则网格法对剩余的多个点位所对应的多个距离信息进行三维合成处理，得到所述视场剩余的多个点位所对应的底泥表面的第一三维图像；

通过所述底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，所述底泥探测设备包括底泥探测杆以及压力检测器，所述压力检测器安装在所述底泥探测杆的探测端，在作业时，当所述压力检测器检测到的压力到达预设的压力阈值时，所述底泥探测杆停止向下探测运动，并记录此时的底泥深度；

将所述第一三维图像以及所述底泥深度发送至所述中央处理器，所述底泥深度包括对应的探测点的位置信息以及该位置的底泥深度信息；

通过所述中央处理器根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像；

根据所述底泥深度确定所述多个探测点在所述第二三维图像中的探测点底；

将所述第二三维图像中的多个探测点中相邻的探测点的探测点底进行连线处理，得到底部连线，根据所述底部连线确定所述第二三维图像的底泥底部平面；

获取所述底泥底部平面在所述第二三维图像中的底部位置信息，以及获取所述第二三维图像中底泥顶部的顶部位置信息；

根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述底部位置信息以及所述顶部位置信息确定底泥的体积之后，所述方法还包括：

提取数据库中对应河湖视场内的历史底泥三维图像；

通过比对所述第二三维图像及所述历史底泥三维图像，确定底泥的体积变化数据；

依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级；

依据所述风险沉积等级确定所述视场的清理周期；

所述依据所述体积变化数据确定所述视场的风险沉积等级具体包括：

将所述体积变化数据与体积变化阈值进行比对；

若所述体积变化数据大于所述体积变化阈值，则获取所述第二三维图像中的底泥体积的横向宽度变化值和纵向深度变化值；

若所述纵向深度变化值大于所述横向宽度变化值，则所述风险沉积等级为高风险等级；

若所述纵向深度变化值小于所述横向宽度变化值，则所述风险沉积等级为低风险等级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述第一三维图像以及所述底泥深度发送至所述中央处理器之后，所述方法还包括：

确定是否存在底泥过厚探测点，所述底泥过厚探测点为底泥深度大于深度阈值的探测点；

若存在，则对底泥过厚探测点标上底泥过厚标记。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述中央处理器根据所述多个探测点在所述第一三维图像中的位置，将所述多个探测点融合进所述第一三维图像中，得到第二三维图像之后，所述方法还包括：

在所述第二三维图像中，以标记有底泥过厚标记的探测点为中心，以5米为半径，在底泥过厚探测点周围标记上底泥过厚范围标记。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述底泥探测设备还包括泥质检测器，所述泥质检测器安装在距离所述底泥探测杆探测端5厘米的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述通过所述底泥探测设备在预设的多个探测点分别进行底泥探测，获取所述多个探测点的底泥深度，包括：

通过所述底泥探测杆在预设的多个探测点进行底泥深度探测，获取所述多个探测点的底泥深度；

通过所述泥质检测器检测所述底泥的泥质，所述泥质包括微生物含量及重金属含量。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通过所述泥质检测器检测所述底泥的泥质之后，所述方法还包括：

确定所述微生物含量是否超过微生物含量标准，及确定所述重金属含量是否超过重金属含量标准；

若超过所述微生物含量标准和/或超过所述重金属含量标准，则发出泥质报警信号。

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