本發(fā)明涉及疏浚工程領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法。

背景技術(shù)：

1、疏浚工程是指通過(guò)對(duì)河道、湖泊、水庫(kù)及港口等水體進(jìn)行人工開(kāi)挖、清淤、拓寬等作業(yè)，目的是改善水流通暢度，增加通航能力，防止水災(zāi)，改善水質(zhì)等；隨著全球城市化進(jìn)程的加速和交通運(yùn)輸需求的增加，疏浚工程在航道、港口以及水利設(shè)施等建設(shè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用；目前，國(guó)內(nèi)外的疏浚技術(shù)在不斷更新與發(fā)展，采用的設(shè)備和方法也越來(lái)越先進(jìn)，如水力疏浚、機(jī)械疏浚以及聯(lián)合疏浚技術(shù)等；但不管采用什么方式均需要對(duì)海底的地形狀況進(jìn)行探測(cè)。

2、現(xiàn)階段對(duì)海底進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)主要包括：聲吶探測(cè)技術(shù)、激光掃描技術(shù)和遙感技術(shù)等；其中，聲吶探測(cè)技術(shù)更是作為疏浚工程海底探測(cè)的主要技術(shù)，聲吶探測(cè)技術(shù)包括單波束探測(cè)和多波束探測(cè)，由于單波束探測(cè)在需要探測(cè)較大海底區(qū)域的地形分布時(shí)效率低，通常采用多波束探測(cè)對(duì)海底地形進(jìn)行探測(cè)；多波束探測(cè)通過(guò)換能器陣列形成扇形的上百到聲波對(duì)海底地形進(jìn)行探測(cè)，分析海底的深度和地質(zhì)分布；但獲得的數(shù)據(jù)通常需要人工進(jìn)行處理，工作量非常大，非常耗時(shí)；因此，如何提高多波束探測(cè)數(shù)據(jù)的處理效率和準(zhǔn)確性，是疏浚工程項(xiàng)目的重要任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問(wèn)題，以及在原有技術(shù)基礎(chǔ)上大大提高其技術(shù)效果；本發(fā)明提供了一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，該方法包括：

2、首先，獲取特征集：通過(guò)多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)疏浚區(qū)域進(jìn)行多次多波束測(cè)量，所述多次多波束測(cè)量指根據(jù)換能器陣列形成的不同扇形角度范圍分別多次掃描全部目標(biāo)疏浚區(qū)域；在每完成一次整個(gè)目標(biāo)疏浚區(qū)域的掃描后，分別提取接收端接收的相同角度波束的數(shù)據(jù)信息形成特征矩陣xα＝[x1，x2，…，xi，…，xn]；其中，xα指在一次掃描后，角度為α的波束組成的矩陣，xi為豎向量，xi中的元素包括：對(duì)應(yīng)波束的角度、反射速度、反射強(qiáng)度和反射時(shí)間；并根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)求得對(duì)應(yīng)波束反射時(shí)的水深、到發(fā)射點(diǎn)的水平距離和地質(zhì)分布情況，構(gòu)成與矩陣xα對(duì)應(yīng)的特征矩陣yα＝[y1，y2，…，yi，…，yn]；其中，yi為豎向量，yi中的元素包括：水深、到發(fā)射點(diǎn)的水平距離和地質(zhì)分類(lèi)；

3、將所有的特征矩陣xα作為輸入，對(duì)應(yīng)的yα作為輸出對(duì)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)rnn進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后的rnn模型；

4、需要對(duì)目標(biāo)疏浚區(qū)域進(jìn)行探測(cè)時(shí)，通過(guò)換能器陣列形成合適的角度范圍對(duì)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行掃描，獲得掃描后的數(shù)據(jù)；根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，分別提取相同角度波束的特征矩陣xβ，xβ和矩陣xα具有相同的矩陣形式；將xβ輸入到訓(xùn)練后的rnn模型中，得到輸出結(jié)果yβ；

5、根據(jù)輸出結(jié)果yβ中對(duì)應(yīng)波束測(cè)得的水深、到發(fā)射點(diǎn)的水平距離和地質(zhì)分類(lèi)情況，結(jié)合發(fā)射對(duì)應(yīng)波束時(shí)的發(fā)射源位置，計(jì)算并映射出矩陣yβ每個(gè)豎向量對(duì)應(yīng)的位置信息，整個(gè)矩陣yβ即形成所有豎向量的位置散點(diǎn)；獲得所有矩陣yβ的位置散點(diǎn)，根據(jù)位置散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的矩陣yβ中的水深和地質(zhì)信息，制作海底地質(zhì)分布圖。

6、另外，多波束測(cè)深系統(tǒng)包括：多波束測(cè)深系統(tǒng)通過(guò)換能器陣列同時(shí)能夠發(fā)出多道聲波，發(fā)射的多束聲波呈扇形排列，扇形平面與攜帶多波束測(cè)深系統(tǒng)的船只航行方向垂直，發(fā)出的多道聲波分別與垂直向下的方向呈現(xiàn)不同角度排列，角度的大小≤扇形角度的一半；多次多波束測(cè)量指換能器陣列每設(shè)置一種扇形排列，均需要對(duì)應(yīng)的扇形排列對(duì)目標(biāo)疏浚區(qū)域完成多次掃描，隨著完成次數(shù)的增加，獲取的特征集也就會(huì)增加，訓(xùn)練的ai模型更加可靠。

7、另外，特征矩陣xα包括：特征矩陣xα中的向量為豎向量，豎向量的元素包括：角度、反射速度、反射強(qiáng)度和反射時(shí)間信息，豎向量的表達(dá)式為：

8、其中，xi為特征矩陣xα中的第i個(gè)豎向量，αi為xi對(duì)應(yīng)的聲波反射角度，vi為xi對(duì)應(yīng)的聲波反射速度，σi為xi對(duì)應(yīng)的聲波反射強(qiáng)度，△ti為聲波發(fā)射到接收的時(shí)間差；xα中的所有聲波反射角度相同，所以α1＝α2＝…αi…＝αn；

9、另外，并根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)求得對(duì)應(yīng)波束反射時(shí)的水深、到發(fā)射點(diǎn)的水平距離和地質(zhì)分布情況包括：求得對(duì)應(yīng)波束反射時(shí)的水深的公式為：；求得對(duì)應(yīng)波束反射點(diǎn)發(fā)射點(diǎn)的水平距離公式為：；獲得地質(zhì)分布情況的方法是：通過(guò)經(jīng)驗(yàn)閾值分類(lèi)法確定對(duì)應(yīng)波束的地質(zhì)分類(lèi)；所述特征矩陣yα中的yi的表達(dá)式為：

10、其中，hi表示聲波xi對(duì)應(yīng)的水深信息，li為光束反射點(diǎn)到發(fā)射點(diǎn)的水平距離，c表示聲波xi反射時(shí)的地質(zhì)分類(lèi)，c的分類(lèi)由經(jīng)驗(yàn)閾值分類(lèi)法確定。

11、另外，通過(guò)換能器陣列形成合適的角度范圍對(duì)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行掃描包括：合適的角度范圍指換能器陣列形成的扇形光束的角度；合適的角度范圍是根據(jù)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域的形狀和面積確定的，在不影響探測(cè)精度的情況下，通過(guò)分析目標(biāo)探測(cè)區(qū)域的形狀和面積確定換能器陣列形成的扇形光束的角度，保持確定的角度掃描全部目標(biāo)探測(cè)區(qū)域。

12、另外，計(jì)算并映射出矩陣yβ每個(gè)豎向量對(duì)應(yīng)的位置信息包括：β為光束與豎直向下方向所成的角度；每個(gè)豎向量對(duì)應(yīng)的位置信息指光束反射點(diǎn)的位置信息；確定對(duì)應(yīng)位置信息的步驟為：首先，獲取光束發(fā)射點(diǎn)位置信息，并將發(fā)射點(diǎn)位置信息映射到gps地圖上；隨后，通過(guò)矩陣yβ獲得光束對(duì)應(yīng)的豎向量，通過(guò)豎向量獲得對(duì)應(yīng)光束反射位置的水深和到發(fā)射點(diǎn)的水平距離；最后，根據(jù)發(fā)射點(diǎn)的位置信息，結(jié)合對(duì)應(yīng)光束反射位置的水深和到發(fā)射點(diǎn)的水平距離形成的三角關(guān)系，確定光束發(fā)射點(diǎn)的位置信息，并將位置信息映射到gps地圖上，并標(biāo)注水深信息。

13、另外，獲得所有矩陣yβ的位置散點(diǎn)包括：獲得所有光束的矩陣yβ，并求得每個(gè)矩陣yβ中的所有豎向量的位置散點(diǎn)；根據(jù)位置散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的矩陣yβ中的水深和地質(zhì)信息，通過(guò)三維軟件制作海底地質(zhì)分布圖。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、本發(fā)明給出了一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法；具有以下優(yōu)勢(shì)：

16、1，本方法通過(guò)將特征矩陣xα和特征矩陣yα作為輸入和輸出對(duì)循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)rnn進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練后的模型后，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)疏浚區(qū)域的特征矩陣xβ輸入訓(xùn)練后的模型；根據(jù)模型的輸出直接得到目標(biāo)疏浚區(qū)域聲波反射點(diǎn)水深、到發(fā)射點(diǎn)的水平距離和地質(zhì)分布情況；大大增加了多波束數(shù)據(jù)處理的效率。

17、2，本方法在提取特征矩陣xα?xí)r，直接提取相同角度波束的數(shù)據(jù)信息組成特征矩陣xα，則不同角度波束的數(shù)據(jù)信息組成多個(gè)特征矩陣xα；通過(guò)多個(gè)特征矩陣xα對(duì)rnn神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)對(duì)待探測(cè)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)時(shí)，輸出結(jié)果每個(gè)矩陣能夠直觀(guān)的反映相同角度反射點(diǎn)的水深和地質(zhì)信息；不同角度的矩陣增加了自變量之間的差異性，加快了rnn網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的速度，提升了數(shù)據(jù)處理的效率；同時(shí)輸出矩陣中每個(gè)元素參數(shù)的設(shè)定方便后期的將反射點(diǎn)批量的映射到gps上，以及通過(guò)三維軟件制作海底地質(zhì)分布圖。

技術(shù)特征：

1.一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，其特征在于，所述多波束測(cè)深系統(tǒng)包括：多波束測(cè)深系統(tǒng)通過(guò)換能器陣列同時(shí)能夠發(fā)出多道聲波，發(fā)射的多束聲波呈扇形排列，扇形平面與攜帶多波束測(cè)深系統(tǒng)的船只航行方向垂直，發(fā)出的多道聲波分別與垂直向下的方向呈現(xiàn)不同角度排列，角度的大小≤扇形角度的一半；多次多波束測(cè)量指換能器陣列每設(shè)置一種扇形排列，均需要對(duì)應(yīng)的扇形排列對(duì)目標(biāo)疏浚區(qū)域完成多次掃描，隨著完成次數(shù)的增加，獲取的特征集也就會(huì)增加，訓(xùn)練的ai模型更加可靠。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，其特征在于，所述特征矩陣xα包括：特征矩陣xα中的向量為豎向量，豎向量的元素包括：角度、反射速度、反射強(qiáng)度和反射時(shí)間信息，豎向量的表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，其特征在于，所述通過(guò)換能器陣列形成合適的角度對(duì)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行掃描包括：合適的角度指換能器陣列形成的扇形光束的角度；合適的角度是根據(jù)目標(biāo)探測(cè)區(qū)域的形狀和面積確定的，在不影響探測(cè)精度的情況下，通過(guò)分析目標(biāo)探測(cè)區(qū)域的形狀和面積確定換能器陣列形成的扇形光束的角度，保持確定的角度掃描全部目標(biāo)探測(cè)區(qū)域。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，其特征在于，所述計(jì)算并映射出矩陣yβ每個(gè)豎向量對(duì)應(yīng)的位置信息包括：β為光束與豎直向下方向所成的角度；每個(gè)豎向量對(duì)應(yīng)的位置信息指光束反射點(diǎn)的位置信息；確定對(duì)應(yīng)位置信息的步驟為：首先，獲取光束發(fā)射點(diǎn)位置信息，并將發(fā)射點(diǎn)位置信息映射到gps地圖上；隨后，通過(guò)矩陣yβ獲得光束對(duì)應(yīng)的豎向量，通過(guò)豎向量獲得對(duì)應(yīng)光束反射位置的水深和到發(fā)射點(diǎn)的水平距離；最后，根據(jù)發(fā)射點(diǎn)的位置信息，結(jié)合對(duì)應(yīng)光束反射位置的水深和到發(fā)射點(diǎn)的水平距離形成的三角關(guān)系，確定光束發(fā)射點(diǎn)的位置信息，并將位置信息映射到gps地圖上，并標(biāo)注水深信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ai的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，其特征在于，所述獲得所有矩陣yβ的位置散點(diǎn)包括：獲得所有光束的矩陣yβ，并求得每個(gè)矩陣yβ中的所有豎向量的位置散點(diǎn)；根據(jù)位置散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的矩陣yβ中的水深和地質(zhì)信息，通過(guò)三維軟件制作海底地質(zhì)分布圖。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種基于AI的疏浚工程多波束數(shù)據(jù)快速處理方法，屬于疏浚工程領(lǐng)域；該方法在提取特征矩陣X<subgt;α</subgt;時(shí)，直接提取相同角度波束的數(shù)據(jù)信息組成特征矩陣X<subgt;α</subgt;，通過(guò)不同角度波束的數(shù)據(jù)信息組成多個(gè)特征矩陣X<subgt;α</subgt;；通過(guò)多個(gè)特征矩陣X<subgt;α</subgt;對(duì)RNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，輸出結(jié)果每個(gè)矩陣能夠直觀(guān)的反映相同角度反射點(diǎn)的水深和地質(zhì)信息；不同角度的矩陣增加了自變量之間的差異性，加快了RNN網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的速度，使得RNN網(wǎng)絡(luò)模型能夠更快的訓(xùn)練完成；同時(shí)輸出矩陣中每個(gè)元素參數(shù)的設(shè)定方便后期的將反射點(diǎn)批量的映射到GPS上，以及通過(guò)三維軟件制作海底地質(zhì)分布圖。

技術(shù)研發(fā)人員：漫犟斌,柴冠軍,賈蔚宇,黎古越,邱順,姜世柯,葉桂河,王強(qiáng),郭杜康,簡(jiǎn)樸,周燦陽(yáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中交華南勘察測(cè)繪科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15