一种低成本快速测算农村河道淤积量的方法及系统与流程

本技术涉及河道监测，尤其涉及一种低成本快速测算农村河道淤积量的方法及系统。

背景技术：

1、农村河道分布分散、规模小、数量多，与农田灌溉、防洪排涝及农村生活生态紧密相关，且季节性水位变化显著、易受人类活动干扰。现有的清淤方案主要有：断面地形法，通过布设横断面比较不同时期水下地形来计算容积差异，该方案需大量断面，且依赖测深仪和后期软件；水下声呐测量技术，通过搭载多波束或单波束测深仪的无人船构建三维淤泥模型，设备昂贵，且在浅水、水草环境中易失效；机械式插杆测量，通过人工将带刻度的测杆插入淤泥至硬底读取厚度，纯人工操作，外业工作量巨大，人工误差无法量化管控，且无法在现场实时评估质量；无人机激光雷达及遥感技术，通过生成高精度数字高程模型计算淤积量，设备成本极高，数据后处理复杂。现有的清淤方案大多适用于大江大河，对于点多面广、水浅草密、资金有限的农村河道，普遍存在工作量大、设备成本高昂、随机误差难以控制、环境适应性差及无法现场快速测算等问题。

2、综上，相关技术中存在的技术问题有待得到改善。

技术实现思路

1、本技术实施例的主要目的在于提出一种低成本快速测算农村河道淤积量的方法及系统，以实现对农村河道淤积量的低成本、高效率的快速测量。

2、为实现上述目的，本技术实施例的一方面提出了一种低成本快速测算农村河道淤积量的方法，所述方法包括以下步骤：

3、通过无人机沿着河道中心飞行获取河道的正射影像，并对所述正射影像进行预处理得到预处理图像；

4、对所述预处理图像进行水域分割识别水体范围，并提取水体范围内的岸线特征点确定河道中心线；

5、根据所述河道中心线筛选控制性断面，得到断面布设清单；

6、根据所述断面布设清单，结合断面位置坐标对各控制性断面的淤积厚度进行测量，得到各控制性断面的断面测量数据；

7、根据所述断面测量数据，基于自适应优化模型对各控制性断面的淤积厚度进行自适应拟合，并结合积分运算得到河道的淤积量。

8、在一些实施例中，对所述预处理图像进行水域分割识别水体范围，并提取水体范围内的岸线特征点确定河道中心线，包括：

9、提取所述预处理图像的多通道特征，构建水体特征判别数据集；

10、根据所述水体特征判别数据集，基于轻量语义分割网络对所述预处理图像逐像素二分类，并增加形态学约束，得到水体掩膜；

11、提取水体掩膜的闭合外轮廓，得到整条河道的水体范围；

12、提取水体范围的两侧岸线特征点，得到两岸特征点集合；

13、沿河道水流走向对两岸特征点集合中的特征点按河道横向一一配对，形成多组横跨河道的横向连线；

14、计算横向连线的两个特征点的空间中点坐标，基于三次样条插值拟合各空间中点坐标，得到河道中心线。

15、在一些实施例中，所述轻量语义分割网络为轻量化编码器、解码器对称语义分割网络，编码器主干采用改进mobilenetv2轻量化倒残差结构作为特征提取器，解码器采用跳跃连接、通道拼接、轻量融合卷积结构，逐层恢复图像分辨率，经sigmoid函数激活输出像素分割概率图。

16、在一些实施例中，根据所述河道中心线筛选控制性断面，得到断面布设清单，包括：

17、以河道中心线起点为坐标原点，沿水流纵向按照固定间隔在河道中心线上生成垂直于河道走向的横断面，作为基础等距候选断面；

18、遍历河道中心线逐段判别河道形态变化，满足任一判定条件则新增控制性断面；

19、对基础等距候选断面与新增控制性断面进行去重校验，并分配测点数量，生成断面布设清单。

20、在一些实施例中，所述判定条件包括弯道曲率判定、河道宽度突变判定、支流汇入口判定、涉水构筑物判定。

21、在一些实施例中，通过轻便式测厚装置对各控制性断面的淤积厚度进行测量，所述轻便式测厚装置集成阻尼模块、倾角感应模块、激光测距模块和蓝牙模块，所述阻尼模块用于控制贯入阻力，使轻便式测厚装置匀速贯入淤泥；所述倾角感应模块用于实时监测杆体垂直度，使轻便式测厚装置垂直贯入淤泥；所述激光测距模块用于读取测量数据，并通过蓝牙模块实时上传至移动终端。

22、在一些实施例中，根据所述断面测量数据，基于自适应优化模型对各控制性断面的淤积厚度进行自适应拟合，并结合积分运算得到河道的淤积量，包括：

23、对各控制性断面的断面测量数据分别采用加权抛物线模型进行拟合，生成各控制性断面的横断面淤积厚度曲线；

24、对所述横断面淤积厚度曲线进行横向数值积分，得到各控制性断面对应的横断面淤积面积；

25、以各控制性断面的纵向里程为自变量，对模型参数、断面宽度和横断面淤积面积分别构建独立非均匀三次样条插值函数，生成河道任意纵向位置处的横断面淤积面积曲线；

26、根据所述横断面淤积面积曲线，采用自适应复合辛普森积分计算总淤积量。

27、在一些实施例中，在计算总淤积量时引入自适应加密机制，通过对河道分段积分，并计算加密前与加密后的总淤积量的相对误差判断结果收敛情况，对收敛后的数值取整，得到整条河道的总淤积量。

28、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种低成本快速测算农村河道淤积量的系统，所述系统包括：

29、图像获取模块，用于通过无人机沿着河道中心飞行获取河道的正射影像，并对所述正射影像进行预处理得到预处理图像；

30、断面特征识别模块，用于对所述预处理图像进行水域分割识别水体范围，并提取水体范围内的岸线特征点确定河道中心线；

31、断面筛选模块，用于根据所述河道中心线筛选控制性断面，得到断面布设清单；

32、断面测量模块，用于根据所述断面布设清单，结合断面位置坐标对各控制性断面的淤积厚度进行测量，得到各控制性断面的断面测量数据；

33、淤积量计算模块，用于根据所述断面测量数据，基于自适应优化模型对各控制性断面的淤积厚度进行自适应拟合，并结合积分运算得到河道的淤积量。

34、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。

35、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

36、为实现上述目的，本技术实施例的另一方面提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

37、本技术实施例至少包括以下有益效果：本技术提供一种低成本快速测算农村河道淤积量的方法及系统,该方案通过无人机飞行获取河道的正射影像并进行预处理，相比全域网格航拍，能够大幅减少影像采集数量，缩短外业航拍时长，适配农村狭长小型河道，并且通过预处理可消除水面反光、树荫畸变、分段色差、镜头失真干扰，输出带统一地理坐标系的标准化图像。再基于轻量化语义分割网络实现像素级水体识别，搭配形态学优化，精准区分主河道水体、岸边零散积水、浮萍浅滩，完整锁定河道水域边界，避免非目标水域干扰，通过提取两岸岸线拐点、宽窄突变特征点，并对配对岸线中点拟合生成平滑连续中心线，精准还原河道真实走向。然后在平直河段均匀布设控制性断面，在急弯、河道宽窄突变、支流汇口、桥梁闸坝等淤积高发区域自动增设控制性断面，并根据断面类型分配测点数量，平衡勘测工作量与测算精度，输出结构化断面布设清单，直接下发无人机实现测点导航，解决传统人工布点无精准坐标、野外难找断面的问题。通过无人机导航定位控制性断面测点位置，搭配轻便式测厚装置进行淤积厚度测量，测量数据可复现、可信度高。通过自适应优化模型对测量数据进行拟合，并结合积分运算得到河道的淤积量。从航拍底图生成、自动布点、高精度实测到全域淤积量自动求解，全程大幅削减人工踏勘、绘图、记录、室内计算工作量，整套方案仅依靠低成本无人机、便携测杆、普通手机终端即可完成，适配农村浅水、多水草、窄河道工况，测算精度优于传统人工断面勘测方法，大幅缩短河道淤积普查作业周期。