CN112945859A - 一种用于游荡性河流整治的生态护岸系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于河流生态技术领域，公开了一种用于游荡性河流整治的生态护岸系统及控制方法，用于游荡性河流整治的生态护岸系统包括：历史资料收集模块、数据处理模块、环境数据采集模块、河流分段模块、中央控制模块、模型构建模块、环境模型构建模块、护岸结构类型确定模块、护岸结构选择模块、护岸搭建模块、护岸验证模块、护岸调整模块、护岸效果模拟验证模块以及生态护岸构建模块。本发明基于大数据进行了河流相应数据的采集与获取，同时基于采集的河流相关数据进行水沙模型以及环境模型的构建，有利于全面掌握河流的现有以及变化情况，保证了护岸结构的合理性。

Description

一种用于游荡性河流整治的生态护岸系统及控制方法

技术领域

本发明属于河流生态技术领域，尤其涉及一种用于游荡性河流整治的生态护岸系统及控制方法。

背景技术

目前，生态护岸指的是利用植物或者植物与土木工程相结合，能在防止河岸坍方之外，还具备使河水与土壤相互渗透，增强河道自净能力，产生一定自然景观效果，对河道坡面进行防护的一种河道护坡形式。

国外对生态护岸技术的研究起步比较早。日本在10年前就提出"亲水"的概念，开展了"创造多自然型河川计划"，河流采用多自然型河流治理法进行整治，其主要采用植物堤岸、石头及木材护底的自然河堤。欧洲许多国家在进行护岸工程设计时，非常注意沿岸的景观与生态系统，尽最大可能地参照采用天然状态下的河海岸形式，避免以建筑物的形式去破坏自然生态系统的平衡。荷兰提出"给河流提供更多的空间"的口号，他们认为河岸堤防是河流自然系统中的一个组成部分，是形成从河道水流到陆地的一种转换，反之亦然，决不能将两者孤立起来。

随着社会经济的发展，社会各界开始关注水环境、水域的景观及其生态系统。为了减轻游荡性主流对两岸的破坏，需要有效的对两岸进行治理，传统的护岸治理一般仅涉及防洪、输水和航运功能以及避免河床免遭冲刷等作用。而将原有的天然的岸坡改为混凝土、砌石等硬性工程护坡。然而，护岸的结构都是基于书本或经验确定的，并没有对护岸的结构进行验证；导致部分生态护岸在建成后没有发挥预想的作用，甚至出现了各种问题。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的生态护岸系统仅仅依靠历史资料和护岸现有的环境数据，对游荡性河流整治，降低了整治的效果和质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于游荡性河流整治的生态护岸系统及控制方法。

本发明是这样实现的，一种用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法包括：

步骤一，通过历史资料收集模块利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据；通过数据处理模块对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确；通过环境数据采集模块利用无人机采集河流周边的环境数据；

步骤二，通过河流分段模块基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段；通过中央控制模块利用控制器或单片机控制模型构建模块基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型；

步骤三，通过环境模型构建模块基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建；通过护岸结构类型确定模块基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型；

步骤四，通过护岸结构选择模块基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构；通过护岸搭建模块将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图；

步骤五，通过护岸验证模块基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适；通过护岸调整模块基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节；

步骤六，通过护岸效果模拟验证模块基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证；通过生态护岸构建模块基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建；

步骤一中，所述环境数据采集模块在利用无人机采集河流周边的环境数据过程中，通过在无人机上安装多种类型的传感器，对河流周边环境进行检测，并对检测的数据进行融合分析；其中，数据进行融合包括：在检测同一数据类型时，利用数据级进行融合；在检测多种数据类型时，利用决策级进行融合；

步骤一中，所述在获取河流历史水文数据过程中，将获取河流历史水文数据建立河流历史水文数据集合；确定分类标准，并初始化各类河流历史水文数据的中心点；确定待分类数据与中心点的距离，将距离近的数据化归为一类；同时更新各类河流历史水文数据的中心点，继续进行分类，直至将全部获取的河流历史水文数据分类完成；

步骤二中，所述基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型方法包括：

(1)获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格；

(2)采集所述河道的待预测区域的初始场和边界条件信息，并进行排列得到所述待预测区域的信息文件；

(3)根据所述待预测区域的信息文件计算得到的河流水沙模型；设定所述河流水沙模型的模型参数范围，并根据假定的参数分布从所述模型参数范围中进行抽样，生成多组参数样本组；

(4)基于所述河流水沙模型分别计算所述参数样本组对应的水流变量值、流量变量值、泥沙含量变量值和河床高程状态变量值，并根据预先确定的目标函数和所述水流变量值、所述流量变量值、所述泥沙含量变量值和所述河床高程状态变量值计算所述参数样本组对应的目标函数响应值；

(5)采用响应曲面模拟函数对所述河流水沙模型的输入输出关系进行近似仿真，生成响应曲面模型，并基于所述响应曲面模型和所述目标函数响应值对所述河流水沙模型的模型参数进行优选，得到最优参数下的游荡型河流水沙模型。

进一步，所述获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格包括：

基于河流的水文数据中的卫星遥感影像数据，提取水体边界，生成河道平面三角形网格；利用河流环境数据中的河道地形高程数据对所述河道三角形网格进行插值运算，得到所述河道平面三角形网格的节点高程。

进一步，所述河流水沙模型模型参数范围包括：河道糙率的范围、紊动粘滞系数的范围、悬移质泥沙恢复饱和系数的范围、推移质泥沙恢复饱和系数的范围、水流挟沙力公式系数的范围和推移质输沙率公式系数的范围中的部分或全部范围。

进一步，步骤三中，所述通过环境模型构建模块基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建方法包括：

1)基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正；

2)对校正后的遥感影像进行纹理分割，获得地形模型；结合采集的河流环境数据验证所述地形模型的准确性；

3)基于河流的分段结果对各河段河流的水文数据以及环境数据中的道路、水系的类别、位置、长度、宽度数据、沿岸构造数据及其他数据进行提取；

4)将提取的地物数据与使用三维模型重建获得的河流沿岸三维模型进行类型和轮廓大小的匹配，如果匹配成功，则将匹配成功的河流沿岸三维模型作为最终建立的河流沿岸模型；如果匹配失败，则自动创建一个能够反映其沿岸构造数据的的河流沿岸模型；

5)将验证通过的地形模型和建立的河流沿岸模型载入三维场景，即可得河流及其环境三维模型。

进一步，步骤1)中，所述基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正过程为：

选取河流代表性的节点作为校正参考点，基于河流环境数据确定多个校正参考点的位置数据，并在遥感影像上确定相应校正参考点的位置，获得遥感影像上校正参考点的位置信息并按最小二乘法的原理拟合获得原始图像空间到校正后图像空间的校正系数；采用多项式法对遥感影像的图像进行平移、缩放和梯形变换，建立从原始图像空间到校正后图像空间的校正模型；利用校正模型对遥感影像的图像进行校正，获得校正后的遥感影像图像。

进一步，步骤2)中，所述对校正后的遥感影像进行纹理分割方法，包括：

对校正后的遥感影像图像进行灰度化、图像灰度直方图均衡化、调整图像尺寸及其他预处理；

运用曲面覆盖理论、移动自适应高度的盒子分法技巧和局部分析计算方法对预处理后的图像进行局部差分盒维数计算得到每个像素的分形维数，提取得到原图像的纹理特征；

采用邻域边缘保持噪声平滑滤波方法对提取的纹理特征图进行平滑处理；利用人工神经网络算法离线训练以获得最佳权系数，对图像进行纹理分割。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述用于游荡性河流整治的生态护岸系统的控制方法的用于游荡性河流整治的生态护岸系统，所述用于游荡性河流整治的生态护岸系统包括：

历史资料收集模块、数据处理模块、环境数据采集模块、河流分段模块、中央控制模块、模型构建模块、环境模型构建模块、护岸结构类型确定模块、护岸结构选择模块、护岸搭建模块、护岸验证模块、护岸调整模块、护岸效果模拟验证模块以及生态护岸构建模块；

历史资料收集模块，与中央控制模块连接，用于利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据；在获取河流历史水文数据过程中，将获取河流历史水文数据建立河流历史水文数据集合；确定分类标准，并初始化各类河流历史水文数据的中心点；确定待分类数据与中心点的距离，将距离近的数据化归为一类；同时更新各类河流历史水文数据的中心点，继续进行分类，直至将全部获取的河流历史水文数据分类完成；

数据处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确；

环境数据采集模块，与中央控制模块连接，用于利用无人机采集河流周边的环境数据；环境数据采集模块在利用无人机采集河流周边的环境数据过程中，通过在无人机上安装多种类型的传感器，对河流周边环境进行检测，并对检测的数据进行融合分析；其中，数据进行融合包括：在检测同一数据类型时，利用数据级进行融合；在检测多种数据类型时，利用决策级进行融合；

河流分段模块，与中央控制模块连接，用于基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段；

中央控制模块，与历史资料收集模块、数据处理模块、环境数据采集模块、河流分段模块、模型构建模块、环境模型构建模块、护岸结构类型确定模块、护岸结构选择模块、护岸搭建模块、护岸验证模块、护岸调整模块、护岸效果模拟验证模块以及生态护岸构建模块连接，用于利用控制器或单片机控制各个模块正常工作。

进一步，所述用于游荡性河流整治的生态护岸系统还包括：

模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型；其中，水沙模型包括：获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格；采集所述河道的待预测区域的初始场和边界条件信息，并进行排列得到所述待预测区域的信息文件；根据所述待预测区域的信息文件计算得到的河流水沙模型；设定所述河流水沙模型的模型参数范围，并根据假定的参数分布从所述模型参数范围中进行抽样，生成多组参数样本组；基于所述河流水沙模型分别计算所述参数样本组对应的水流变量值、流量变量值、泥沙含量变量值和河床高程状态变量值，并根据预先确定的目标函数和所述水流变量值、所述流量变量值、所述泥沙含量变量值和所述河床高程状态变量值计算所述参数样本组对应的目标函数响应值；采用响应曲面模拟函数对所述河流水沙模型的输入输出关系进行近似仿真，生成响应曲面模型，并基于所述响应曲面模型和所述目标函数响应值对所述河流水沙模型的模型参数进行优选，得到最优参数下的游荡型河流水沙模型；

环境模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建；基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正；对校正后的遥感影像进行纹理分割，获得地形模型；结合采集的河流环境数据验证所述地形模型的准确性；基于河流的分段结果对各河段河流的水文数据以及环境数据中的道路、水系的类别、位置、长度、宽度数据、沿岸构造数据及其他数据进行提取；将提取的地物数据与使用三维模型重建获得的河流沿岸三维模型进行类型和轮廓大小的匹配，如果匹配成功，则将匹配成功的河流沿岸三维模型作为最终建立的河流沿岸模型；如果匹配失败，则自动创建一个能够反映其沿岸构造数据的的河流沿岸模型；将验证通过的地形模型和建立的河流沿岸模型载入三维场景，即可得河流及其环境三维模型；

护岸结构类型确定模块，与中央控制模块连接，用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型；

护岸结构选择模块，与中央控制模块连接，用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构；

护岸搭建模块，与中央控制模块连接，用于将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图；

护岸验证模块，与中央控制模块连接，用于基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适；

护岸调整模块，与中央控制模块连接，用于基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节；

护岸效果模拟验证模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证；

生态护岸构建模块，与中央控制模块连接，用于基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建。

本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明基于大数据进行了河流相应数据的采集与获取，同时基于采集的河流相关数据进行水沙模型以及环境模型的构建，有利于全面掌握河流的现有以及变化情况，并针对性的进行护岸类型以及结构的选择，同时基于用户选择结果进行虚拟护岸的生成，并基于获取的环境数据进行佐证，保证了护岸结构的合理性。本发明还对各种情景进行模拟从而验证护岸的生态、防洪、净化效果，避免护岸无法发挥应有的作用，或存在不良影响等；提高了护岸的合理性，保证了建立的生态护岸的有效性。

同时本发明通过历史资料收集模块利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据；数据处理模块对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确；环境数据采集模块利用无人机采集河流周边的环境数据；河流分段模块用于基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段；模型构建模块用于基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型；环境模型构建模块用于基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建；护岸结构类型确定模块用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型；护岸结构选择模块用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构；护岸搭建模块用于将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图；护岸验证模块用于基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适；护岸调整模块用于基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节；护岸效果模拟验证模块用于基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证；生态护岸构建模块用于基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的用于游荡性河流整治的生态护岸系统结构示意图；

图中：1、历史资料收集模块；2、数据处理模块；3、环境数据采集模块；4、河流分段模块；5、中央控制模块；6、模型构建模块；7、环境模型构建模块；8、护岸结构类型确定模块；9、护岸结构选择模块；10、护岸搭建模块；11、护岸验证模块；12、护岸调整模块；13、护岸效果模拟验证模块；14、生态护岸构建模块。

图2是本发明实施例提供的用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法流程图。

图3本发明实施例提供的构建水沙模型的方法流程图。

图4本发明实施例提供的河流及其环境三维模型的构建方法流程图。

图5本发明实施例提供的对校正后的遥感影像纹理分割方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于游荡性河流整治的生态护岸系统及控制方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的用于游荡性河流整治的生态护岸系统包括：

历史资料收集模块1、数据处理模块2、环境数据采集模块3、河流分段模块4、中央控制模块5、模型构建模块6、环境模型构建模块7、护岸结构类型确定模块8、护岸结构选择模块9、护岸搭建模块10、护岸验证模块11、护岸调整模块12、护岸效果模拟验证模块13以及生态护岸构建模块14。

历史资料收集模块1，与中央控制模块5连接，用于利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据。

数据处理模块2，与中央控制模块5连接，用于对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确。

环境数据采集模块3，与中央控制模块5连接，用于利用无人机采集河流周边的环境数据。

河流分段模块4，与中央控制模块5连接，用于基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段。

中央控制模块5，与历史资料收集模块1、数据处理模块2、环境数据采集模块3、河流分段模块4、模型构建模块6、环境模型构建模块7、护岸结构类型确定模块8、护岸结构选择模块9、护岸搭建模块10、护岸验证模块11、护岸调整模块12、护岸效果模拟验证模块13以及生态护岸构建模块14连接，用于利用控制器或单片机控制各个模块正常工作。

模型构建模块6，与中央控制模块5连接，用于基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型。

环境模型构建模块7，与中央控制模块5连接，用于基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建。

护岸结构类型确定模块8，与中央控制模块5连接，用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型。

护岸结构选择模块9，与中央控制模块5连接，用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构。

护岸搭建模块10，与中央控制模块5连接，用于将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图。

护岸验证模块11，与中央控制模块5连接，用于基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适。

护岸调整模块12，与中央控制模块5连接，用于基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节。

护岸效果模拟验证模块13，与中央控制模块5连接，用于基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证。

生态护岸构建模块14，与中央控制模块5连接，用于基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建。

如图2所示，本发明实施例提供的用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法包括：

S101，通过历史资料收集模块利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据；通过数据处理模块对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确；通过环境数据采集模块利用无人机采集河流周边的环境数据；

S102，通过河流分段模块基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段；通过中央控制模块利用控制器或单片机控制模型构建模块基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型；

S103，通过环境模型构建模块基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建；通过护岸结构类型确定模块基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型；

S104，通过护岸结构选择模块基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构；通过护岸搭建模块将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图；

S105，通过护岸验证模块基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适；通过护岸调整模块基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节；

S106，通过护岸效果模拟验证模块基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证；通过生态护岸构建模块基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建。

步骤S101中，所述环境数据采集模块在利用无人机采集河流周边的环境数据过程中，通过在无人机上安装多种类型的传感器，对河流周边环境进行检测，并对检测的数据进行融合分析；其中，数据进行融合包括：在检测同一数据类型时，利用数据级进行融合；在检测多种数据类型时，利用决策级进行融合。

步骤S101中，所述在获取河流历史水文数据过程中，将获取河流历史水文数据建立河流历史水文数据集合；确定分类标准，并初始化各类河流历史水文数据的中心点；确定待分类数据与中心点的距离，将距离近的数据化归为一类；同时更新各类河流历史水文数据的中心点，继续进行分类，直至将全部获取的河流历史水文数据分类完成。

如图3所示，步骤S102中，本发明实施例提供的基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流水沙模型的方法，包括：

S201，获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格；

S202，采集所述河道的待预测区域的初始场和边界条件信息，并进行排列得到所述待预测区域的信息文件；

S203，根据所述待预测区域的信息文件计算得到的河流水沙模型；设定所述河流水沙模型的模型参数范围，并根据假定的参数分布从所述模型参数范围中进行抽样，生成多组参数样本组；

S204，基于所述河流水沙模型分别计算所述参数样本组对应的水流变量值、流量变量值、泥沙含量变量值和河床高程状态变量值，并根据预先确定的目标函数和所述水流变量值、所述流量变量值、所述泥沙含量变量值和所述河床高程状态变量值计算所述参数样本组对应的目标函数响应值；

S205，采用响应曲面模拟函数对所述河流水沙模型的输入输出关系进行近似仿真，生成响应曲面模型，并基于所述响应曲面模型和所述目标函数响应值对所述河流水沙模型的模型参数进行优选，得到最优参数下的游荡型河流水沙模型。

本发明实施例提供的获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格包括：

基于河流的水文数据中的卫星遥感影像数据，提取水体边界，生成河道平面三角形网格；利用河流环境数据中的河道地形高程数据对所述河道三角形网格进行插值运算，得到所述河道平面三角形网格的节点高程。

本发明实施例提供的河流水沙模型模型参数范围包括：河道糙率的范围、紊动粘滞系数的范围、悬移质泥沙恢复饱和系数的范围、推移质泥沙恢复饱和系数的范围、水流挟沙力公式系数的范围和推移质输沙率公式系数的范围中的部分或全部范围。

如图4所示，步骤S103中，本发明实施例提供的通过环境模型构建模块基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型构建方法包括：

S301，基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正；

S302，对校正后的遥感影像进行纹理分割，获得地形模型；结合采集的河流环境数据验证所述地形模型的准确性；

S303，基于河流的分段结果对各河段河流的水文数据以及环境数据中的道路、水系的类别、位置、长度、宽度数据、沿岸构造数据及其他数据进行提取；

S304，将提取的地物数据与使用三维模型重建获得的河流沿岸三维模型进行类型和轮廓大小的匹配，如果匹配成功，则将匹配成功的河流沿岸三维模型作为最终建立的河流沿岸模型；如果匹配失败，则自动创建一个能够反映其沿岸构造数据的的河流沿岸模型；

S305，将验证通过的地形模型和建立的河流沿岸模型载入三维场景，即可得河流及其环境三维模型。

如图5所示，步骤S302中，本发明实施例提供的对校正后的遥感影像进行纹理分割方法，包括：

S401，对校正后的遥感影像图像进行灰度化、图像灰度直方图均衡化、调整图像尺寸及其他预处理；

S402，运用曲面覆盖理论、移动自适应高度的盒子分法技巧和局部分析计算方法对预处理后的图像进行局部差分盒维数计算得到每个像素的分形维数，提取得到原图像的纹理特征；

S403，采用邻域边缘保持噪声平滑滤波方法对提取的纹理特征图进行平滑处理；利用人工神经网络算法离线训练以获得最佳权系数，对图像进行纹理分割。

步骤S401中，本发明实施例提供的基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正过程为：

选取河流代表性的节点作为校正参考点，基于河流环境数据确定多个校正参考点的位置数据，并在遥感影像上确定相应校正参考点的位置，获得遥感影像上校正参考点的位置信息并按最小二乘法的原理拟合获得原始图像空间到校正后图像空间的校正系数；采用多项式法对遥感影像的图像进行平移、缩放和梯形变换，建立从原始图像空间到校正后图像空间的校正模型；利用校正模型对遥感影像的图像进行校正，获得校正后的遥感影像图像。

以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，其特征在于，所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法包括：

步骤一，通过历史资料收集模块利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据；通过数据处理模块对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确；通过环境数据采集模块利用无人机采集河流周边的环境数据；

步骤二，通过河流分段模块基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段；通过中央控制模块利用控制器或单片机控制模型构建模块基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型；

步骤三，通过环境模型构建模块基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建；通过护岸结构类型确定模块基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型；

步骤四，通过护岸结构选择模块基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构；通过护岸搭建模块将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图；

步骤五，通过护岸验证模块基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适；通过护岸调整模块基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节；

步骤六，通过护岸效果模拟验证模块基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证；通过生态护岸构建模块基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建；

步骤一中，所述环境数据采集模块在利用无人机采集河流周边的环境数据过程中，通过在无人机上安装多种类型的传感器，对河流周边环境进行检测，并对检测的数据进行融合分析；其中，数据进行融合包括：在检测同一数据类型时，利用数据级进行融合；在检测多种数据类型时，利用决策级进行融合；

步骤一中，所述在获取河流历史水文数据过程中，将获取河流历史水文数据建立河流历史水文数据集合；确定分类标准，并初始化各类河流历史水文数据的中心点；确定待分类数据与中心点的距离，将距离近的数据化归为一类；同时更新各类河流历史水文数据的中心点，继续进行分类，直至将全部获取的河流历史水文数据分类完成；

步骤二中，所述基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型方法包括：

(1)获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格；

(2)采集所述河道的待预测区域的初始场和边界条件信息，并进行排列得到所述待预测区域的信息文件；

(3)根据所述待预测区域的信息文件计算得到的河流水沙模型；设定所述河流水沙模型的模型参数范围，并根据假定的参数分布从所述模型参数范围中进行抽样，生成多组参数样本组；

(4)基于所述河流水沙模型分别计算所述参数样本组对应的水流变量值、流量变量值、泥沙含量变量值和河床高程状态变量值，并根据预先确定的目标函数和所述水流变量值、所述流量变量值、所述泥沙含量变量值和所述河床高程状态变量值计算所述参数样本组对应的目标函数响应值；

(5)采用响应曲面模拟函数对所述河流水沙模型的输入输出关系进行近似仿真，生成响应曲面模型，并基于所述响应曲面模型和所述目标函数响应值对所述河流水沙模型的模型参数进行优选，得到最优参数下的游荡型河流水沙模型。

2.如权利要求1所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，其特征在于，所述获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格包括：

基于河流的水文数据中的卫星遥感影像数据，提取水体边界，生成河道平面三角形网格；利用河流环境数据中的河道地形高程数据对所述河道三角形网格进行插值运算，得到所述河道平面三角形网格的节点高程。

3.如权利要求1所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，其特征在于，所述河流水沙模型模型参数范围包括：河道糙率的范围、紊动粘滞系数的范围、悬移质泥沙恢复饱和系数的范围、推移质泥沙恢复饱和系数的范围、水流挟沙力公式系数的范围和推移质输沙率公式系数的范围中的部分或全部范围。

4.如权利要求1所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，其特征在于，步骤三中，所述通过环境模型构建模块基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建方法包括：

1)基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正；

2)对校正后的遥感影像进行纹理分割，获得地形模型；结合采集的河流环境数据验证所述地形模型的准确性；

3)基于河流的分段结果对各河段河流的水文数据以及环境数据中的道路、水系的类别、位置、长度、宽度数据、沿岸构造数据及其他数据进行提取；

4)将提取的地物数据与使用三维模型重建获得的河流沿岸三维模型进行类型和轮廓大小的匹配，如果匹配成功，则将匹配成功的河流沿岸三维模型作为最终建立的河流沿岸模型；如果匹配失败，则自动创建一个能够反映其沿岸构造数据的的河流沿岸模型；

5)将验证通过的地形模型和建立的河流沿岸模型载入三维场景，即可得河流及其环境三维模型。

5.如权利要求4所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，其特征在于，步骤1)中，所述基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正过程为：

选取河流代表性的节点作为校正参考点，基于河流环境数据确定多个校正参考点的位置数据，并在遥感影像上确定相应校正参考点的位置，获得遥感影像上校正参考点的位置信息并按最小二乘法的原理拟合获得原始图像空间到校正后图像空间的校正系数；采用多项式法对遥感影像的图像进行平移、缩放和梯形变换，建立从原始图像空间到校正后图像空间的校正模型；利用校正模型对遥感影像的图像进行校正，获得校正后的遥感影像图像。

6.如权利要求4所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法，其特征在于，步骤2)中，所述对校正后的遥感影像进行纹理分割方法包括：

对校正后的遥感影像图像进行灰度化、图像灰度直方图均衡化、调整图像尺寸及其他预处理；

运用曲面覆盖理论、移动自适应高度的盒子分法技巧和局部分析计算方法对预处理后的图像进行局部差分盒维数计算得到每个像素的分形维数，提取得到原图像的纹理特征；

采用邻域边缘保持噪声平滑滤波方法对提取的纹理特征图进行平滑处理；利用人工神经网络算法离线训练以获得最佳权系数，对图像进行纹理分割。

7.一种实施如权利要求1～6任意一项所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法的用于游荡性河流整治的生态护岸系统，其特征在于，所述用于游荡性河流整治的生态护岸系统包括：

历史资料收集模块、数据处理模块、环境数据采集模块、河流分段模块、中央控制模块、模型构建模块、环境模型构建模块、护岸结构类型确定模块、护岸结构选择模块、护岸搭建模块、护岸验证模块、护岸调整模块、护岸效果模拟验证模块以及生态护岸构建模块；

历史资料收集模块，与中央控制模块连接，用于利用大数据挖掘技术获取河流历史水文数据；在获取河流历史水文数据过程中，将获取河流历史水文数据建立河流历史水文数据集合；确定分类标准，并初始化各类河流历史水文数据的中心点；确定待分类数据与中心点的距离，将距离近的数据化归为一类；同时更新各类河流历史水文数据的中心点，继续进行分类，直至将全部获取的河流历史水文数据分类完成；

数据处理模块，与中央控制模块连接，用于对采集的历史水文数据进行预处理，并验证采集的数据是否正确；

环境数据采集模块，与中央控制模块连接，用于利用无人机采集河流周边的环境数据；环境数据采集模块在利用无人机采集河流周边的环境数据过程中，通过在无人机上安装多种类型的传感器，对河流周边环境进行检测，并对检测的数据进行融合分析；其中，数据进行融合包括：在检测同一数据类型时，利用数据级进行融合；在检测多种数据类型时，利用决策级进行融合；

河流分段模块，与中央控制模块连接，用于基于处理后的历史水文数据以及环境数据进行河流分段；

中央控制模块，与历史资料收集模块、数据处理模块、环境数据采集模块、河流分段模块、模型构建模块、环境模型构建模块、护岸结构类型确定模块、护岸结构选择模块、护岸搭建模块、护岸验证模块、护岸调整模块、护岸效果模拟验证模块以及生态护岸构建模块连接，用于利用控制器或单片机控制各个模块正常工作。

8.如权利要求7所述用于游荡性河流整治的生态护岸系统，其特征在于，所述用于游荡性河流整治的生态护岸系统还包括：

模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的相关河流的数据水文数据、环境数据构建河流的水沙模型；其中，水沙模型包括：获取采集的河流水文数据、环境数据，并基于相应数据计算生成计算网格；采集所述河道的待预测区域的初始场和边界条件信息，并进行排列得到所述待预测区域的信息文件；根据所述待预测区域的信息文件计算得到的河流水沙模型；设定所述河流水沙模型的模型参数范围，并根据假定的参数分布从所述模型参数范围中进行抽样，生成多组参数样本组；基于所述河流水沙模型分别计算所述参数样本组对应的水流变量值、流量变量值、泥沙含量变量值和河床高程状态变量值，并根据预先确定的目标函数和所述水流变量值、所述流量变量值、所述泥沙含量变量值和所述河床高程状态变量值计算所述参数样本组对应的目标函数响应值；采用响应曲面模拟函数对所述河流水沙模型的输入输出关系进行近似仿真，生成响应曲面模型，并基于所述响应曲面模型和所述目标函数响应值对所述河流水沙模型的模型参数进行优选，得到最优参数下的游荡型河流水沙模型；

环境模型构建模块，与中央控制模块连接，用于基于采集的环境的数据以及河流分段结果进行河流及其环境三维模型的构建；基于采集的河流环境数据为依据对河流历史水文数据的遥感影像数据以及其他数据进行校正；对校正后的遥感影像进行纹理分割，获得地形模型；结合采集的河流环境数据验证所述地形模型的准确性；基于河流的分段结果对各河段河流的水文数据以及环境数据中的道路、水系的类别、位置、长度、宽度数据、沿岸构造数据及其他数据进行提取；将提取的地物数据与使用三维模型重建获得的河流沿岸三维模型进行类型和轮廓大小的匹配，如果匹配成功，则将匹配成功的河流沿岸三维模型作为最终建立的河流沿岸模型；如果匹配失败，则自动创建一个能够反映其沿岸构造数据的的河流沿岸模型；将验证通过的地形模型和建立的河流沿岸模型载入三维场景，即可得河流及其环境三维模型；

护岸结构类型确定模块，与中央控制模块连接，用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据确定护岸的类型；

护岸结构选择模块，与中央控制模块连接，用于基于建立的水沙模型以及河流的环境数据、历史水文数据以及确定护岸的类型选择护岸的组成结构；

护岸搭建模块，与中央控制模块连接，用于将选择的护岸组成结构搭建为一个护岸，并生成效果图；

护岸验证模块，与中央控制模块连接，用于基于河流分段结果结合河流的水沙模型以及历史水文数据、环境数据验证各段河流的护岸结构是否合适；

护岸调整模块，与中央控制模块连接，用于基于护岸验证结果对构建的护岸结构进行适应性的调节；

护岸效果模拟验证模块，与中央控制模块连接，用于基于构建的河流三维环境模型以及水沙模型模拟相应的洪水爆发或日常河流污染情景进行生态护岸的防洪、净化及其他效果验证；

生态护岸构建模块，与中央控制模块连接，用于基于效果验证的结果进行生态护岸的实际搭建。

9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～6任意一项所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～6任意一项所述用于游荡性河流整治的生态护岸控制方法。

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