测深系统的测线自动规划方法、计算设备和无人船

摘要

本发明公开了一种测深系统的测线自动规划方法，在计算设备中执行，适于确定测深系统所在船只的测线方向和测线间距，该方法包括步骤：在待测区域内设定两条基线，并获取这两条基线上不同采集点的深度值；根据所述两条基线不同采集点的深度值确定多条等深线；将所述多条等深线进行重叠，从中选取重叠度最高的等深线方向作为所述测线方向；以及根据覆盖度要求、所述测深系统的波束角和所述测线方向的深度值计算所述测线间距。本发明还公开了对应的计算设备和无人船。

说明书

技术领域

本发明涉及海洋测绘技术领域，尤其涉及一种测深系统的测线自动规划方法、计算设备和无人船。

背景技术

多波束测深系统是当今水深测量和水底地形勘测的最先进的设备，它能对所测水域进行全覆盖无遗漏的测量，能够客观全面地反映所测水域的海底地形。多波束测深系统利用安装于船底或拖体上的声基阵向与航向垂直的海底发射超宽声波束，能够在一次收发周期内获得船两侧一个条带上几十个、甚至上百个采样点的深度数据，测量覆盖范围为水深的几倍甚至十几倍。因此它可以精确快速地测出沿航线一定宽度范围内的水下目标的大小、形状和高低变化，特别适合于大面积的扫海测量作业。

通常，测绘路径对于扫海测量作业而言非常重要，但现有技术中通常是人工控制测深系统所在船只进行测线作业，需要专人操作，降低测绘效率。而且在实际测绘中不同位置的海水深度和船体航行姿态都不是固定不变的，因此需要一种更智能的测线自动规划方法。

发明内容

为此，本发明提供一种测深系统的测线自动规划方法、计算设备和无人船，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种测深系统的测线自动规划方法，在计算设备中执行，适于确定测深系统所在船只的测线方向和测线间距，该方法包括步骤：在待测区域内设定两条基线，并获取这两条基线上不同采集点的深度值；根据两条基线上不同采集点的深度值确定多条等深线；将多条等深线进行重叠，从中选取重叠度最高的等深线方向作为测线方向；以及根据覆盖度要求、测深系统的波束角和测线方向的深度值计算所述测线间距。

可选地，在根据本发明的方法中，在待测区域内设定两条基线的步骤包括：获取待测区域的轮廓信息，并确定该轮廓区域的几何中心；以及在轮廓区域内选择一条穿过几何中心的第一基线，和垂直于第一基线并穿过几何中心的第二基线。

可选地，在根据本发明的方法中，第一基线是轮廓区域内穿过几何中心的所有线条中最长的一根线条。

可选地，在根据本发明的方法中，覆盖百分比为F，测深系统的波束角为A，测线方向的深度值为D，则测线间距L＝D×tan(A/2)×(2–2F/100)。

可选地，在根据本发明的方法中，还包括步骤：获取船体的最大横摇角度值±B，并根据该角度值对波束角进行更新；以及获取船体的最大艏向变化值±H，并根据该变化值对测线间距进行更新。

可选地，在根据本发明的方法中，更新后的波束角为A＇＝A–2×B，更新后的测线间距为L＇＝L×cos(H/2)，此时测线间距L＇＝D×tan(A/2-B)×(2–2F/100)×cos(H/2)。

可选地，在根据本发明的方法中，获取这两条基线上不同采集点的深度值的步骤包括：将两条基线发送给测深系统所在船只，并指示该船只沿这两条基线进行测绘，以获取两条基线上不同采集点的深度值。

可选地，在根据本发明的方法中，根据两条基线上不同采集点的深度值确定多条等深线的步骤包括：将两条基线上数值相等或接近的深度值连线，得到多条等深线。

可选地，在根据本发明的方法中，根据两条基线上不同采集点的深度值确定多条等深线的步骤包括：对于第一基线上任意一个采集点，以该采集点为顶点，以某角度值为固定区间，统计第二基线的采集点在各角度区间内的数目，并从中确定采集点数目最多的角度区间；以及将所确定的角度区间的中心点与所述第一基线上的该采集点之间连线，并将该连线作为该采集点所对应的等深线；或者从所确定的角度区间中确定与第一基线上的该采集点深度值最接近的采集点，并将所确定的采集点与所述第一基线上的该采集点连线，该连线即为一条等深线。

可选地，在根据本发明的方法中，还包括步骤：根据测线方向和测线间距生成测线指示，并将该指示发送给测深系统所在船只，使得该船只沿着测线方向做来回往返航行，其中相邻两次的航行间距为所述测线间距。

根据本发明的一个方面，提供一种计算设备，包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中所述一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述的方法中的指令。

根据本发明的一个方面，提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如上所述的方法。

根据本发明的技术方案，实现一种全自动的测线规划方法。考虑到在测量作业区中一定距离的方向上其深度不变。因此，本发明将多个等深线进行重叠，选取重叠度最高的等深线作为测线航向；根据波束角、水深以及覆盖的要求，通过三角函数计算测线间距，从而完成测区内测线的自动规划。另外。本方案还可以结合船的横摇和艏向对计算到的测线间距进行修正，这样就可以根据实际情况动态调整船体航线，从而可以在保证覆盖度的基础上提高单次航行的测绘面积和测绘效率。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的结构图；

图2示出了根据本发明一个实施例的测深系统的测线自动规划方法200的流程图；以及

图3示出了根据本发明一个实施例的基线和等深线的设计示意图；以及

图4示出了根据本发明一个实施例的测线间距示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明主要是提供一种测深作业过程中的测线自动规划方法，测深系统优选多波束测深系统，当然也可以选择现有的其他测深系统，如单波束测深系统。为了实现更方便的智能作业，测深系统可以设置在无人船上来进行测深作业。此时，需要一个能实现处理与控制功能的计算设备来为无人船提供测线自动规划，测线自动规划内容主要包括确定该无人船的测线方向以及测线间距。

应当理解，计算设备可以直接设置在无人船上，从测深系统中获取水深、波束角度和船姿态等信息，然后根据该无人船上的测深系统采集的深度值来进行测线自动规划。当然，也可以将计算设备设置在母船上，然后无人船将采集到的数据发送给母船后，由母船上的计算设备进行处理分析后生成测线自动规划，无人船接收该测线自动规划内容后即可进行测线作业。另外，计算设备也可以是船体上的控制系统，如船体PLC控制系统。

图1示出了根据本发明一个实施例的计算设备100的结构框图。在基本的配置102中，计算设备100典型地包括系统存储器106和一个或者多个处理器104。存储器总线108可以用于在处理器104和系统存储器106之间的通信。

取决于期望的配置，处理器104可以是任何类型的处理，包括但不限于：微处理器(μP)、微控制器(μC)、数字信息处理器(DSP)或者它们的任何组合。处理器104可以包括诸如一级高速缓存110和二级高速缓存112之类的一个或者多个级别的高速缓存、处理器核心114和寄存器116。示例的处理器核心114可以包括运算逻辑单元(ALU)、浮点数单元(FPU)、数字信号处理核心(DSP核心)或者它们的任何组合。示例的存储器控制器118可以与处理器104一起使用，或者在一些实现中，存储器控制器118可以是处理器104的一个内部部分。

取决于期望的配置，系统存储器106可以是任意类型的存储器，包括但不限于：易失性存储器(诸如RAM)、非易失性存储器(诸如ROM、闪存等)或者它们的任何组合。系统存储器106可以包括操作系统120、一个或者多个应用122以及程序数据124。在一些实施方式中，应用122可以布置为在操作系统上利用程序数据124进行操作。程序数据124包括指令，在根据本发明的计算设备100中，程序数据124包含用于执行测深系统的测线自动规划方法200的指令。

计算设备100还可以包括有助于从各种接口设备(例如，输出设备142、外设接口144和通信设备146)到基本配置102经由总线/接口控制器130的通信的接口总线140。示例的输出设备142包括图形处理单元148和音频处理单元150。它们可以被配置为有助于经由一个或者多个A/V端口152与诸如显示器或者扬声器之类的各种外部设备进行通信。示例外设接口144可以包括串行接口控制器154和并行接口控制器156，它们可以被配置为有助于经由一个或者多个I/O端口158和诸如输入设备(例如，键盘、鼠标、笔、语音输入设备、触摸输入设备)或者其他外设(例如打印机、扫描仪等)之类的外部设备进行通信。示例的通信设备146可以包括网络控制器160，其可以被布置为便于经由一个或者多个通信端口164与一个或者多个其他计算设备162通过网络通信链路的通信。

网络通信链路可以是通信介质的一个示例。通信介质通常可以体现为在诸如载波或者其他传输机制之类的调制数据信号中的计算机可读指令、数据结构、程序模块，并且可以包括任何信息递送介质。“调制数据信号”可以这样的信号，它的数据集中的一个或者多个或者它的改变可以在信号中编码信息的方式进行。作为非限制性的示例，通信介质可以包括诸如有线网络或者专线网络之类的有线介质，以及诸如声音、射频(RF)、微波、红外(IR)或者其它无线介质在内的各种无线介质。这里使用的术语计算机可读介质可以包括存储介质和通信介质二者。

计算设备100可以实现为服务器，例如文件服务器、数据库服务器、应用程序服务器和WEB服务器等，也可以实现为小尺寸便携(或者移动)电子设备的一部分，这些电子设备可以是诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、个人媒体播放器设备、无线网络浏览设备、个人头戴设备、应用专用设备、或者可以包括上面任何功能的混合设备。计算设备100还可以实现为包括桌面计算机和笔记本计算机配置的个人计算机。在一些实施例中，计算设备100被配置为执行根据本发明的测深系统的测线自动规划方法200。

图2示出了根据本发明一个实施例的测深系统的测线自动规划方法200的流程图，方法200适于在计算设备(例如前述计算设备100)中执行。如图2所示，方法200始于步骤S220。

在步骤S220，在待测区域内设定两条基线，并获取这两条基线上不同采集点的深度值。

根据一个实施例，这两条基线之间相互交叉，可以根据以下方法确定这两条基线：获取待测区域的轮廓信息，并确定该轮廓区域的几何中心；以及在该轮廓区域内选择一条穿过该几何中心的第一基线，和垂直于该第一基线并穿过几何中心的第二基线。

也就是，第一基线和第二基线相互垂直且都穿过几何中心，其中选择第一基线时还可以选择轮廓区域内穿过几何中心的所有线条中最长的那根线条。然后在选择第二基线时，并不一定要完全垂直，尽量接近垂直即可，可以根据需要适当变动。如有两条可选的第二基线，第一条完全垂直，第二条不完全垂直但相对来说长度更长，则可以第二条作为第二基线。另外，对于具有特殊形状的待测测区，通过几何中心的直线可能有多段是落在测区内的，这种情况就可以随意选取一段即可。图3示出了根据本发明一个实施例的基线和等深线的设计示意图，该区域轮廓为矩形，其几何中心为O，第一基线m和第二基线n上分别有多个采集点，每个采集点上都标注有相应的海水深度值。

根据另一个实施例，可以根据以下方法获取这两条基线上不同采集点的深度值：将这两条基线发送给测深系统所在船只，并指示该船只沿这两条基线进行测绘，以获取这两条基线上不同采集点的深度值。如前文所述，用于发送这两条基线的计算设备或船体控制系统可以位于母船上，也可以位于无人船自身，本发明对此不作限制。

随后，在步骤S240中，根据两条基线上不同采集点的深度值确定多条等深线。

这里，等深线的确定可以采用现有的任意常用方法，如采用conrec方法。根据一个实施例，可以通过将这两条基线上数值相等或接近的深度值连线来得到多条等深线。进一步地，对于第一基线上任意一个采集点X，以该采集点X为顶点，以某个角度值为固定区间，统计第二基线n的采集点在各角度区间内的数目，并从中确定采集点数目最多的角度区间。

之后，将所确定的角度区间的中心点与第一基线上的该采集点X之间连线，并将该连线作为该采集点X所对应的等深线。或者，可以将所确定的角度区间中最接近中心点的那个采集点与第一基线上的该采集点X之间连线，并将该连线作为该采集点X所对应的等深线。再或者，还可以从所确定的角度区间中确定与第一基线上的该采集点X深度值最接近的采集点，并将该数值最接近的采集点Y与第一基线上的该采集点X连线，该连线即为一条点X所对应的等深线。图3用虚线表示了连接第一基线m和第二基线n的多条等深线。

根据一个实施例，可以以20度为一个固定区间，这样就把一个平角分为了9个区间，然后分别判定第二基线上的采集点在这9个区间中的哪个区间最多。若第五区间的采集点最多，则选确定第二基线在该区间的中点，如中点M，则XM连线即为一条等深线。或者，从第五区间的多个采集点中选取数值最接近点X的采集点，如点Y的深度值最接近点X的值，则XY连线即为一条等深线。另外，如果一条基线上某段采集点基本呈线性变化的话，也可以适当进行插值处理，这样能够得到更多采集点数据。当然，也可以根据需要将角度值设置为其他数值，本发明对此不作限制。

另外，以第一基线上的点为基础确定各点所对应的等深线后，还可以第二基线上的点为基础确定其上各点所对应的等深线。这时，对于第二基线某个采集点，如果其已经与第一基线上某个点连接成等深线，则可以不再对该点生成等深线。对于那些还未连线的采集点，则可以按照如上所述的划分区间方法，确定各点的等深线。当然，如果这些还未连线的采集点离某条等深线非常非常近，则可以不再对该点生成等深线，而将那条最邻近的等深线作为该点区域附近的等深线。

随后，在步骤S260中，将多条等深线进行重叠，从中选取重叠度最高的等深线方向作为测线方向。也就是，按照各等深线方向进行聚类，并获取比重最高的等深线方向作为测线方向。这里，可以理解为将所有等深线平移到一个端点完全重合，这样就得到了从该端点散发出的多条线条，然后从中选取比重对多的那条线条，该线条的方向即为测线自动规划的测线方向，也就是船体要航行的方向，而该条等深线的深度值即为测线方向的深度值。

需要说明的是，如果等深线两端的深度值相同，则该值即为等深线的深度值，即测线方向的深度值。如果只有一个深度值，则将该深度值作为该等深线(测线方向)的深度值。如果两个深度值不同，则可以取两个值的平均值或任选其中一个值作为该等深线(测线方向)的深度值。当然，这些只是示例性说明，还可以根据实际情况进行深度值的选择，本发明对此不作限制。

随后，在步骤S280，根据覆盖度要求、测深系统的波束角和测线方向的深度值计算测线间距。图4示出了根据本发明一个实施例的测线间距示意图。其中，测线间距实际就是船体在进行往返航行时，相邻两次航行的间距值，覆盖度是相邻两次航行测绘范围的覆盖百分比，其不能太小也不能太大，太小的话可能导致测量结果不准确，太大的话则会增加测量工作量，导致测量效率降低且测量成本升高。

根据一个实施例，若覆盖百分比为F，测深系统的波束角为A，测线方向的深度值为D，则测线间距L可以通过三角函数计算，L＝D×tan(A/2)×(2–2F/100)。

进一步地，还可以根据船体摇动姿态对计算到的测线间距进行修正，如获取船体的最大横摇角度值±B，并根据该角度值对波束角进行更新，更新后的波束角可以为A＇＝A–2×B。另外，还可以获取船体的最大艏向变化值±H，并根据该变化值对测线间距进行更新，更新后的测线间距为L＇＝L×cos(H/2)，此时测线间距L＇＝D×tan(A/2-B)×(2–2F/100)×cos(H/2)。应当理解，波束角和测线间距的修正公式只是一个示例性说明，其也可以选择其他公式，本发明对此不作限制。

需要说明的是，由于纵摇和艏向等动态数据，测线自动规划是需要随时调整的。而且，如果当前覆盖度不满足要求，甚至出现没有覆盖的情况，则要适当减小测线间距。另外，对测线间距的动态调整可以是实时调整，如实时获取当前的船体摇动姿态并进行修正，使得船体根据修正后的测线间距进行航行。当然，也可以是定期修正，如获取每个周期内的船体摇动姿态的平均值，如多个最大横摇角度值的平均值和多个最大艏向变化值的平均值，然后根据计算到的平均值对下一周期的测线间距进行修正。

此外，方法200还可以包括步骤：根据所确定的测线方向和测线间距生成测线指示，并将该指示发送给测深系统所在船只，使得该船只沿着该测线方向做来回往返航行，其中相邻两次的航行间距为测线间距。

根据本发明的技术方案，先在测区内跑两条交叉的基线(两线尽可能长，角度尽可能垂直)。两基线上标注深度值，并将两基线上数值相等或接近的深度值连线，得出多条等深线。之后，将多个等深线重叠，选取重叠度最高的等深线作为测线方向。最后，根据波束角、水深和覆盖度要求，通过三角函数计算测线间距，然后结合船的横摇、纵摇以及艏向进一步计算出准确的测线间距。通过这种方法，能够保证船体在每一阶段都处于最佳的航线方向和测线间距上，这样既保证了测量数据的准确性和全面性，又缩短了测量时间和提高了测量效率，从而有效节省人力物力和时间的成本投入。

A8、如A1所述的方法，其中，所述根据所述两条基线上不同采集点的深度值确定多条等深线的步骤包括：将所述两条基线上数值相等或接近的深度值连线，得到多条等深线。

A9、如A1所述的方法，其中，所述根据所述两条基线上不同采集点的深度值确定多条等深线的步骤包括：对于第一基线上任意一个采集点，以该采集点为顶点，以某角度值为固定区间，统计第二基线的采集点在各角度区间内的数目，并从中确定采集点数目最多的角度区间；以及将所确定的角度区间的中心点与所述第一基线上的该采集点之间连线，并将该连线作为该采集点所对应的等深线；或者从所确定的角度区间中确定与所述第一基线上的该采集点深度值最接近的采集点，并将所确定的采集点与所述第一基线上的该采集点连线，该连线即为一条等深线。

A10、如A1所述的方法，还包括步骤：根据所述测线方向和测线间距生成测线指示，并将该指示发送给测深系统所在船只，使得该船只沿着所述测线方向做来回往返航行，其中相邻两次的航行间距为所述测线间距。

A11、如A1-A10中任一项所述的方法，其中，所述测深系统为多波速测深系统，其适于安装在无人船上。

这里描述的各种技术可结合硬件或软件，或者它们的组合一起实现。从而，本发明的方法和设备，或者本发明的方法和设备的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或者其它任意机器可读的存储介质中的程序代码(即指令)的形式，其中当程序被载入诸如计算机之类的机器，并被所述机器执行时，所述机器变成实践本发明的设备。

在程序代码在可编程计算机上执行的情况下，计算设备一般包括处理器、处理器可读的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)，至少一个输入装置，和至少一个输出装置。其中，存储器被配置用于存储程序代码；处理器被配置用于根据该存储器中存储的所述程序代码中的指令，执行本发明的测深系统的测线自动规划方法。

以示例而非限制的方式，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息。通信介质一般以诸如载波或其它传输机制等已调制数据信号来体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。以上的任一种的组合也包括在计算机可读介质的范围之内。

在此处所提供的说明书中，算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与本发明的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。