CN118259360A - 浅水水下铁质目标探测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种浅水水下铁质目标探测方法和装置，该方法和装置可应用于包括作业船、浮体和近底探测拖体的浅水水下铁质目标探测系统，该方法包括：在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过至少两个磁场传感器采集地球磁场变化信息；根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。该方法和装置适合对浅水水下铁质目标进行探测，施工简单，作业成本低，且能取得更准确的探测结果。
Description
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及一种浅水水下铁质目标探测方法和装置。
背景技术
水下不连续铁质目标探测，是海洋地球物理领域比较前沿的课题。目前，对于水下不连续铁质目标探测，主要采用调查船、无人航行器等机动平台搭载传感器走航式循线扫海的方式进行作业，对于水深较大的环境，通过拖曳或搭载自主式水下航行器(AutomaticUnderwater Vehicle，AUV))的方式使传感器尽量靠近海底，以提高探测的精度和准度。
然而，对于浅海海域，由于调查船通常较小，若采用拖曳作业，为了控制传感器的距底高度，避免传感器距底太远无法采集有效数据或传感器触底损坏，通常需要对设置传感器的近底探测拖体重量、流体结构、对水速度进行必要的设计和计算，配重越大、流体结构产生的升力系数越小，对水速度越低则沉放深度越大，反之亦然，同时实时监控拖曳速度和近底探测拖体状态，存在较大的不确定性和施工风险。若采用恒张力绞车、中继器等可人工干预近底探测拖体距底高度的装备和方法，则需要专业调查船、大型甲板机械等更昂贵的现场保障条件，难以实现。
可见，现有的水下不连续铁质目标探测方案对浅海海域的水下目标探测来说不适用，亟需提出一种适用于前海海域水下目标探测的方案。
发明内容
本申请实施例提供一种浅水水下铁质目标探测方法和装置，以对浅海海域的水下铁质目标进行探测。
第一方面，本申请实施例提供一种浅水水下铁质目标探测方法，应用于浅水水下铁质目标探测系统，所述系统包括作业船、浮体和近底探测拖体，所述浮体和所述近底探测拖体分别与所述作业船通信连接，所述浮体与所述近底探测拖体通过承力缆连接，所述浮体在所述作业船的牵引下浮在水面上，所述近底探测拖体沉在水面下方距水底预设高度的位置，所述浮体在水面移动的过程中，通过所述承力缆拖拽所述近底探测拖体移动，所述浮体上安装有第一定位传感器，所述近底探测拖体上安装有第二定位传感器和至少两个磁场传感器，所述方法包括：
在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过所述至少两个磁场传感器采集所述至少两个磁场传感器周围的地球磁场变化信息；
根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。
第二方面，本申请实施例还提供一种浅水水下铁质目标探测装置，应用于浅水水下铁质目标探测系统，所述系统包括作业船、浮体和近底探测拖体，所述浮体和所述近底探测拖体分别与所述作业船通信连接，所述浮体与所述近底探测拖体通过承力缆连接，所述浮体在所述作业船的牵引下浮在水面上，所述近底探测拖体沉在水面下方距水底预设高度的位置，所述浮体在水面移动的过程中，通过所述承力缆拖拽所述近底探测拖体移动，所述浮体上安装有第一定位传感器，所述近底探测拖体上安装有第二定位传感器和至少两个磁场传感器，所述装置包括：
数据采集模块，用于在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，接收所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，接收所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并接收所述至少两个磁场传感器采集所述至少两个磁场传感器周围的地球磁场变化信息；
目标确定模块，用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法的步骤。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案，一方面，采用浮体拖曳近底探测拖体而非作业船拖拽近底探测拖体的二级拖曳方式设计浅水水下近底探测拖体及其作业技术方法，浮体下方以小于水深的固定长度的承力缆连接装有磁场传感器的近底探测拖体，以确保作业船降速、转弯、换线等对水速度发生快速下降时近底探测拖体不会发生触底搁浅事故，降低水下探测设备的成本以及整个系统的施工成本，整个方案更易实现；另一方面，在浮体及近底探测拖体上分别安装定位传感器，从而在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过所述至少两个磁场传感器采集地球磁场变化信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项，这可以进一步提高对水下铁质目标进行探测的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测系统的结构示意图。
图2是本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测系统的三维模型示意图。
图3A是本申请一实施例提供的浮体的俯视图。
图3B是本申请一实施例提供的浮体的左视图。
图3C是本申请一实施例提供的浮体的仰视图。
图3D是本申请一实施例提供的浮体的轴测图。
图4是本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测方法的流程示意图。
图5是图4所示方法中近底探测拖体距离水底的高度的变化示意图。
图6是图4所示方法中使用B-spline曲线滤波消除所述地球磁场变化信息中的系统噪声值的示意图。
图7是图4所示方法中经过多次滤波得到的单个慈航传感器采集到的地磁异常曲线。
图8是图4所示方法中的磁梯度的平面示意图。
图9是图4所示方法中的磁梯度的三维模型示意图。
图10是图4所示方法中根据磁梯度确定铁质目标的位置以及埋藏深度的平面示意图。
图11是图4所示方法中根据磁梯度确定铁质目标的位置以及埋藏深度的三维模型示意图。
图12是应用图4所示方法得到的磁场变化曲线示意图。
图13是本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测装置的结构示意图。
图14是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为了找到适用于浅海海域的水下铁质目标探测的方案，本申请实施例提供了一种浅水水下铁质目标探测方法和装置，该方法可由电子设备执行，如终端设备或服务器，或者，该方法可由安装在电子设备中的软件执行。
本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测方案，旨在采用作业船牵引浮体，浮体拖动近底探测拖体的二级拖曳方式设计近底磁梯度近底探测拖体，采用定高测量，推算水底铁质目标的坐标及埋深中的至少一项。
本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测方法和装置，是依托本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统实现的，鉴于此，下面先对本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统进行说明。
图2示出了本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统的结构示意图。如图1所示，本申请一实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统，包括：作业船1、浮体2和近底探测拖体3。其中，所述浮体2和所述近底探测拖体3分别与所述作业船1通信连接，所述浮体2与所述近底探测拖体3通过承力缆4连接，所述浮体2在所述作业船通过牵引绳索6的牵引下浮在水面上，所述近底探测拖体3沉在水面下方距水底预设高度的位置，所述浮体2在水面移动的过程中，通过所述承力缆4拖拽所述近底探测拖体3移动，所述浮体2上安装有第一定位传感器22，所述近底探测拖体上安装有第二定位传感器32和至少两个磁场传感器31。
图2示出了本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统的三维模型示意图。如图2所示，本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统，包括：作业船1、浮体2和近底探测拖体3，其中，作业船1牵引浮体2浮在水面上，近底探测拖体3沉在水面以下距水底预设高度的位置，近底探测拖体3由浮体2通过承力缆4拖动，通过近底探测拖体3采集数据以对埋在水底下面的铁质目标7进行探测。
从逻辑上来讲，从任务功能、使用环境、施工规范等方面综合考虑，本申请实施例提出的一种浅水水下铁质目标探测系统包含以下分系统：
(1)浮体分系统
为近底探测拖体3提供浮力、装载空间及必要防护等使用条件的浮体和配套结构。要求有一定的耐波性、抗沉性；其内部可容纳系统的电气、电子部分并未其提供防水、防振及固定条件；整体基材采用无磁性材料制作，同时可模块化拆卸方便运输和更换易损件。
(2)供电分系统
为近底探测拖体3搭载的用电设备提供必要的电力供应。采用磷酸铁锂二次电池及配套的电源管理模块；电池采用绝磁材料制作的防泼水外壳；电源管理模块可根据不同设备用电情况多路供电。
(3)近底探测拖体分系统
近底探测拖体分系统采用至少两个磁场传感器组成基线阵的形式，根据铁质目标的特点和特性、测量扫宽等需求，采用水平磁梯度、垂直磁梯度、水平垂直结合磁梯度三种模式进行探测。
两个及以上磁场传感器同时工作，提高效率的同时，带来更高的目标物定位精度和定深精度。
(4)定位分系统
为近底探测拖体3水面、水下部分进行高精度定位。例如，如图1所示，在浮体2上安装第一定位传感器22，以采集浮体的位置信息；在近底探测拖体3上安装第二定位传感器32，以采集近底探测拖体3的位置信息。其中，第一定位传感器可以是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)定位，水下采用声学定位传感器，即第二定位传感器可以是水下定位系统(Ultra-ShortBaseline，USBL)，确保水下定位精度。
(5)通信分系统
例如，在浮体2上安装第一通信模块21，并在近底探测拖体3上安装第二通信模块32，以将近底探测拖体3采集的数据实时传输至作业船上的处理装置。第一通信模块21和第二通信模块32的通信带宽可满足同步传输定位、传感器原始数据传输的要求；第一通信模块21和第二通信模块32的通信距离可满足近底探测拖体3到作业船1之间的距离要求；当承力缆4失效时，第二通信模块32仍可将近底探测拖体3的位置信息回报作业船1。
可选的，作为一个示例，浮体2的结构采用双浮体桁架形式。
在具体实现时，可利用碳纤管材结合5083铝合金制作“井”字形桁架，在其两侧安装轻质复合材料制作的穿浪型中空浮体；拖曳点设在桁架前侧，桁架中部预留GNSS、USBL、通信系统天线、闪灯、示位旗、角反射器等设备、装置的安装位；如图1和图2所示，将装有绝磁材料(如铜合金)制成的配重33的磁场传感器31通过结构弱点34(如非金属承力缆)与桁架连接，磁场传感器通讯缆预留一定长度从后侧拉上桁架；GNSS、USBL、通信系统以及传感器的主机、上位机，电池和电源管理模块放置在桁架中部，提供必要防护的同时优化系统重心。
可选的，为防止水下近底探测拖体3触底剐蹭或降低被悬浮障碍物损坏、丢失的风险，本设计拟采取以下措施：
a.施工过程中需根据实时水深和水位调节承力缆4的长度，使其小于测区水深；
b.将配重33设置在磁场传感器31下方，通过结构弱点34连接，当发生冲击时，结构弱点34失效断裂，配重33掉落，使得磁场传感器31有一定概率上浮至水面。即，所述近底探测拖体上还设置有配重，所述配重位于所述至少两个磁场传感器的下方，所述配重通过结构弱点与所述近底探测拖体连接。所述近底探测拖体以及所述配重是采用无磁性材料制成的。
c.近底探测拖体3上的GNSS、USBL独立供电，一旦发生承力缆4失效的情况，仍能将近底探测拖体3的位置信息回传至作业船1，避免丢失。也即，所述近底探测拖体上安装的所述第二定位传感器的数量为两个，且两个所述第二定位传感器采用独立的供电系统供电。
在本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测系统的基础上，本申请实施例还提出了一种浅水水下铁质目标探测方法，下面进行详细介绍。
本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测方法，可应用于图1所示的浅水水下铁质目标探测系统，如图4所示，该方法可包括：
步骤401，在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过所述至少两个磁场传感器采集地球磁场变化信息。
在实际应用中，浮体2可通过第一通信模块21将所述第一定位传感器采集的所述第一位置信息回传至作业船1以供分析处理；同样的，近底探测拖体3可通过第二通信模块32将所述第二定位传感器采集的所述第二位置信息、所述至少两个磁场传感器采集的所述地球磁场变化信息回传至作业船1以供分析处理。
在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，第一定位传感器采集浮体的位置信息，得到第一位置信息；第二定位传感器实时采集近底探测拖体的位置信息，得到第二位置信息；所述至少两个磁场传感器实时采集近底探测拖体周围的地球磁场信息。
可选的，所述浮体上还设置有水深探测器和自动绞车，图3所示的方法还可以包括：通过所述水深探测器探测所述浮体所处位置的水深；通过所述自动绞车根据所述水深调节所述承力缆的长度，使得所述近底探测拖体保持在距水底所述预设高度的位置。如此一来，由上述近底探测拖体搭载磁场传感器(如磁力仪)获取的地球磁场变化信息中包含较为稳定的距底高度值，距底高度值稳定在一定的数值区间，例如如图5所示，在消除高度噪点后，距底高度值在很小的范围内波动。
步骤402，根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。
具体的，所述根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项，可包括：
步骤402.1，对所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述地球磁场变化信息分别进行预处理。
其中，对于所述第一位置信息和所述第二位置信息的预处理，可包括以下至少一项：
1)异常点和摆渡段的剔除；
2)定位数据的等时采样以及平滑滤波。
其中，对于所述地球磁场变化信息的预处理，可包括：毛刺点剔除以及背景干扰场去除中的至少一项。
具体的，可使用B-spline曲线滤波消除所述地球磁场变化信息中的系统噪声值。例如，使用B-spline曲线滤波消除所述地球磁场变化信息中的高振幅、短波长的系统噪点。
B-spline曲线常被定义为：
其中，Pi是特征多边形的顶点；Bi，k称为k阶(k-1次)基函数。
B-spline曲线的滤波效果如图6所示。在图6中，左侧的曲线图是未经过B-spline曲线滤波的原始数据，右侧的曲线图是对左侧局部曲线使用B-spline曲线滤波的曲线图。从图6中可以看出，使用B-spline曲线滤波后，曲线变得平滑。
基于B-spline曲线滤波对原始的地球磁场变化曲线进行多次非线性滤波，消除地磁背景场，保留背景场中的磁异常值：
SETINI NLFILT.IN＝"MAG_Bspl"
SETINI NLFILT.OUT＝"MAG_NL1"
SETINI NLFILT.WIDTH＝"20"
SETINI NLFILT.TOLERANCE＝"2"
SETINI NLFILT.IN＝"MAG_NL1"
SETINI NLFILT.OUT＝"MAG_NL2"
SETINI NLFILT.WIDTH＝"10"
SETINI NLFILT.TOLERANCE＝"1"
以两个磁场传感器采集地球磁场变化信息为例，使用B-spline经过多次滤波，可得到单个磁力仪的磁异常曲线(无背景场)，如图7所示。在图7中，下面的曲线为滤波前的地球磁场变化曲线，上面的曲线为滤波后的地球磁场变化曲线。
步骤402.2，根据预处理后的所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述至少两个磁场传感器在所述近底探测拖体上的安装位置信息，确定所述至少两个磁场传感器的绝对位置信息。
步骤402.3，将预处理后的所述地球磁场变化信息与所述至少两个磁场传感器进行匹配，得到所述至少两个磁场传感器各自对应的磁场变化曲线。
步骤402.4，按时间戳对所述至少两个磁场传感器的绝对位置信息和磁场变化曲线进行匹配，得到所述至少两个磁场传感器的位置信息和磁场变化曲线的对应关系。
步骤402.5，确定所述至少两个磁场传感器的磁场变化曲线中的地磁异常值。
如图6所示，磁场变化曲线中的峰值即磁场变化曲线中的地磁异常值。
步骤402.6，根据所述对应关系确定所述至少两个磁场传感器的地磁异常值发生时，所述至少两个磁场传感器的第一绝对位置信息。
步骤402.7，根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值和第一绝对位置信息，计算出至少两组磁梯度。
如需对水下有可能存在埋深的铁质目标进行坐标定位及埋深定位时，采用水平磁梯度或垂直磁梯度或二者结合的形式，通过每个磁场传感器的磁异常值计算磁梯度。计算原理如图8所示：
磁梯度＝(MAGi-MAGj)/d
其中，MAGi表示磁场传感器i检测到的地磁异常值，MAGj表示磁场传感器j检测到的地磁异常值，d表示为磁场传感器i和磁场传感器j之间的距离。
可以理解，磁场传感器i和磁场传感器j之间的距离可通过二者的第一绝对位置信息计算得到。图9示出了计算磁梯度的三维模型示意图，原理同图8。
具体的，作为一个例子，步骤402.7可包括：根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值，计算出至少两组水平磁梯度和至少两组垂直磁梯度。
步骤402.8，根据所述至少两组磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息。
沿用上面的例子，步骤402.8具体可包括：根据所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息。
更为具体的，所述根据所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息，可包括：
按照所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度的方向，对至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度进行交汇，确定所述铁质目标的位置信息。
具体的，计算得到水平磁梯度和垂直磁梯度后，通过方向交汇法可计算铁质目标距离近底探测拖体的距离，其原理如图10所示，其三维模型如图11所示。
可选的，步骤402还可以包括：
根据所述铁质目标的位置信息和所述至少两个磁场传感器中任意磁场传感器的绝对位置信息，确定所述铁质目标至所述近底探测拖体的距离；
根据所述铁质目标至所述近底探测拖体的距离和所述预设高度，确定所述铁质目标相对于水底的埋藏深度。
可以理解，在同一时刻，因距铁质目标的距离不同，不同磁场传感器采集到地磁异常值的大小可能不同，以5个水平磁梯度为例，多个磁场传感器采集的针对铁质目标的地球磁场变化曲线可如图12所示，在图12中，不同的曲线对应不同的磁场传感器。
通过5个磁场传感器采得的地球磁场变化曲线中的地磁异常值，计算磁梯度，再根据所有磁场传感器的绝对位置关系再结合近底探测拖体距底高度，即可得到铁质目标的埋深。
可选的，在步骤402之后，还可以根据铁质目标的位置及埋藏深度，绘制探测成果，以更直观的向相关人员展示探测结果。
本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测方法，一方面，采用浮体拖曳近底探测拖体而非作业船拖拽近底探测拖体的二级拖曳方式设计浅水水下近底探测拖体及其作业技术方法，浮体下方以小于水深的固定长度的承力缆连接装有磁场传感器的近底探测拖体，以确保作业船降速、转弯、换线等对水速度发生快速下降时近底探测拖体不会发生触底搁浅事故，降低水下探测设备的成本以及整个系统的施工成本，整个方案更易实现；另一方面，在浮体及近底探测拖体上分别安装定位传感器，从而在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过所述至少两个磁场传感器采集地球磁场变化信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项，这可以进一步提高对水下铁质目标进行探测的准确性。
简而言之，本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测方法，适合对浅水水下铁质目标进行探测，且施工简单，作业成本低，并能取得更准确的探测结果。
本申请实施例还给出了浮体的一种示例性的结构示意图。
相应于上述方法实施例，本申请实施例还提供了一种浅水水下铁质目标探测装置，下面进行介绍。
图13是本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测装置的结构示意图。本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测装，可应用于浅水水下铁质目标探测系统，所述系统包括作业船、浮体和近底探测拖体，所述浮体和所述近底探测拖体分别与所述作业船通信连接，所述浮体与所述近底探测拖体通过承力缆连接，所述浮体在所述作业船的牵引下浮在水面上，所述近底探测拖体沉在水面下方距水底预设高度的位置，所述浮体在水面移动的过程中，通过所述承力缆拖拽所述近底探测拖体移动，所述浮体上安装有第一定位传感器，所述近底探测拖体上安装有第二定位传感器和至少两个磁场传感器，如图13所示，该装置可以包括：数据采集模块1301和目标确定模块1302。
数据采集模块1301，用于在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，接收所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，接收所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并接收所述至少两个磁场传感器采集所述至少两个磁场传感器周围的地球磁场变化信息。
可选的，所述浮体上还设置有水深探测器和自动绞车，图13所示的装置还可以包括：
水深探测模块，用于通过所述水深探测器探测所述浮体所处位置的水深；
长度调节模块，用于控制所述自动绞车根据所述水深调节所述承力缆的长度，使得所述近底探测拖体保持在距水底所述预设高度的位置。
目标确定模块1302，用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。
具体的，所述目标确定模块1302可包括：
预处理子模块，用于对所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述地球磁场变化信息分别进行预处理。
其中，对于所述第一位置信息和所述第二位置信息的预处理，可包括以下至少一项：
1)异常点和摆渡段的剔除；
2)定位数据的等时采样以及平滑滤波。
其中，对于所述地球磁场变化信息的预处理，可包括：毛刺点剔除以及背景干扰场去除中的至少一项。
具体的，可使用B-spline曲线滤波消除所述地球磁场变化信息中的系统噪声值。例如，使用B-spline曲线滤波消除所述地球磁场变化信息中的高振幅、短波长的系统噪点。
第一位置信息确定子模块，用于根据预处理后的所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述至少两个磁场传感器在所述近底探测拖体上的安装位置信息，确定所述至少两个磁场传感器的绝对位置信息。
磁场曲线归位子模块，用于将预处理后的所述地球磁场变化信息与所述至少两个磁场传感器进行匹配，得到所述至少两个磁场传感器各自对应的磁场变化曲线。
位置磁场匹配子模块，用于按时间戳对所述至少两个磁场传感器的绝对位置信息和磁场变化曲线进行匹配，得到所述至少两个磁场传感器的位置信息和磁场变化曲线的对应关系。
异常值确定子模块，用于确定所述至少两个磁场传感器的磁场变化曲线中的地磁异常值。
位置确定子模块，用于根据所述对应关系确定所述至少两个磁场传感器的地磁异常值发生时，所述至少两个磁场传感器的第一绝对位置信息。
磁梯度计算子模块，用于根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值和第一绝对位置信息，计算出至少两组磁梯度。
如需对水下有可能存在埋深的铁质目标进行坐标定位及埋深定位时，采用水平磁梯度或垂直磁梯度或二者结合的形式，通过每个磁场传感器的磁异常值计算磁梯度。计算原理如图8所示：
磁梯度＝(MAGi-MAGj)/d
其中，MAGi表示磁场传感器i检测到的地磁异常值，MAGj表示磁场传感器j检测到的地磁异常值，d表示为磁场传感器i和磁场传感器j之间的距离。
可以理解，磁场传感器i和磁场传感器j之间的距离可通过二者的第一绝对位置信息计算得到。
具体的，作为一个例子，磁梯度计算子模块具体可用于：根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值，计算出至少两组水平磁梯度和至少两组垂直磁梯度。
第二位置信息确定子模块，根据所述至少两组磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息。
沿用上面的例子，第二位置信息确定子模块具体可用于：根据所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息。
更为具体的，第二位置信息确定子模块具体可用于：按照所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度的方向，对至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度进行交汇，确定所述铁质目标的位置信息。
具体的，计算得到水平磁梯度和垂直磁梯度后，通过方向交汇法可计算铁质目标距离近底探测拖体的距离。
可选的，目标确定模块1302还可以包括：
距离确定子模块，用于根据所述铁质目标的位置信息和所述至少两个磁场传感器中任意磁场传感器的绝对位置信息，确定所述铁质目标至所述近底探测拖体的距离；
埋深确定子模块，用于根据所述铁质目标至所述近底探测拖体的距离和所述预设高度，确定所述铁质目标相对于水底的埋藏深度。
本申请实施例提供的一种浅水水下铁质目标探测装置，由于一方面，采用浮体拖曳近底探测拖体而非作业船拖拽近底探测拖体的二级拖曳方式设计浅水水下近底探测拖体及其作业技术方法，浮体下方以小于水深的固定长度的承力缆连接装有磁场传感器的近底探测拖体，以确保作业船降速、转弯、换线等对水速度发生快速下降时近底探测拖体不会发生触底搁浅事故，降低水下探测设备的成本以及整个系统的施工成本，整个方案更易实现；另一方面，在浮体及近底探测拖体上分别安装定位传感器，从而在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过所述至少两个磁场传感器采集地球磁场变化信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项，这可以进一步提高对水下铁质目标进行探测的准确性。
需要说明的是，由于装置实施例执行的内容与方法实施例类似，因此，本文对装置实施例部分描述的较为简略，相关之处请参见方法实施例部分。
图14示出了是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。请参考图14，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图14中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成浅水水下铁质目标探测装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行本申请实施例提供的浅水水下铁质目标探测方法。
上述如本申请图13所示实施例揭示的浅水水下铁质目标探测装置执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的电子设备执行时，能够使该电子设备执行图13所示实施例中浅水水下铁质目标探测装置执行的方法，并具体用于执行本申请实施例提供的浅水水下铁质目标探测方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要说明的是，本申请中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种浅水水下铁质目标探测方法，其特征在于，应用于浅水水下铁质目标探测系统，所述系统包括作业船、浮体和近底探测拖体，所述浮体和所述近底探测拖体分别与所述作业船通信连接，所述浮体与所述近底探测拖体通过承力缆连接，所述浮体在所述作业船的牵引下浮在水面上，所述近底探测拖体沉在水面下方距水底预设高度的位置，所述浮体在水面移动的过程中，通过所述承力缆拖拽所述近底探测拖体移动，所述浮体上安装有第一定位传感器，所述近底探测拖体上安装有第二定位传感器和至少两个磁场传感器，所述方法包括：
在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，通过所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，通过所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并通过所述至少两个磁场传感器采集地球磁场变化信息；
根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的浅水水下铁质目标探测方法，其特征在于，所述根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项，包括：
对所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述地球磁场变化信息分别进行预处理；
根据预处理后的所述第一位置信息、所述第二位置信息以及所述至少两个磁场传感器在所述近底探测拖体上的安装位置信息，确定所述至少两个磁场传感器的绝对位置信息；
将预处理后的所述地球磁场变化信息与所述至少两个磁场传感器进行匹配，得到所述至少两个磁场传感器各自对应的磁场变化曲线；
按时间戳对所述至少两个磁场传感器的绝对位置信息和磁场变化曲线进行匹配，得到所述至少两个磁场传感器的位置信息和磁场变化曲线的对应关系；
确定所述至少两个磁场传感器的磁场变化曲线中的地磁异常值；
根据所述对应关系确定所述至少两个磁场传感器的地磁异常值发生时，所述至少两个磁场传感器的第一绝对位置信息；
根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值和第一绝对位置信息，计算出至少两组磁梯度；
根据所述至少两组磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项，还包括：
根据所述铁质目标的位置信息和所述至少两个磁场传感器中任意磁场传感器的绝对位置信息，确定所述铁质目标至所述近底探测拖体的距离；
根据所述铁质目标至所述近底探测拖体的距离和所述预设高度，确定所述铁质目标相对于水底的埋藏深度。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述至少两个磁场传感器布置在不同水平面上，其中，所述根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值，计算出至少两组磁梯度，包括：
根据所述至少两个磁场传感器的地磁异常值，计算出至少两组水平磁梯度和至少两组垂直磁梯度；
其中，所述根据所述至少两组磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息，包括：
根据所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度，确定所述铁质目标的位置信息，包括：
按照所述至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度的方向，对至少两组水平磁梯度和所述至少两组垂直磁梯度进行交汇，确定所述铁质目标的位置信息。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，对所述地球磁场变化信息进行预处理，包括：
使用B-spline曲线滤波消除所述地球磁场变化信息中的系统噪声值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮体上还设置有水深探测器和自动绞车，所述方法还包括：
通过所述水深探测器探测所述浮体所处位置的水深；
通过所述自动绞车根据所述水深调节所述承力缆的长度，使得所述近底探测拖体保持在距水底所述预设高度的位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近底探测拖体上安装的所述第二定位传感器的数量为两个，且两个所述第二定位传感器采用独立的供电系统供电。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述近底探测拖体上还设置有配重，所述配重位于所述至少两个磁场传感器的下方，所述配重通过结构弱点与所述近底探测拖体连接；
所述近底探测拖体以及所述配重是采用无磁性材料制成的。
10.一种浅水水下铁质目标探测装置，其特征在于，应用于浅水水下铁质目标探测系统，所述系统包括作业船、浮体和近底探测拖体，所述浮体和所述近底探测拖体分别与所述作业船通信连接，所述浮体与所述近底探测拖体通过承力缆连接，所述浮体在所述作业船的牵引下浮在水面上，所述近底探测拖体沉在水面下方距水底预设高度的位置，所述浮体在水面移动的过程中，通过所述承力缆拖拽所述近底探测拖体移动，所述浮体上安装有第一定位传感器，所述近底探测拖体上安装有第二定位传感器和至少两个磁场传感器，所述装置包括：
数据采集模块，用于在所述浮体拖动所述近底探测拖体移动的过程中，接收所述第一定位传感器采集所述浮体的第一位置信息，接收所述第二定位传感器采集所述近底探测拖体的第二位置信息，并接收所述至少两个磁场传感器采集所述至少两个磁场传感器周围的地球磁场变化信息；
目标确定模块，用于根据所述第一位置信息、所述第二位置信息、所述地球磁场变化信息以及所述预设高度，确定水下是否存在铁质目标以及所述铁质目标的位置信息和埋藏深度中的至少一项。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118259360A true CN118259360A (zh) | 2024-06-28 |
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