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专利号: 2024116876457
申请人: 闽江学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-01-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,适用于河道行走装置,所述河道行走装置用于执行当前河道的清淤任务,所述方法包括:S101、获取当前河道的第一河道信息,所述第一河道信息包括第一河长信息、第一河道名称、第一历史水流参数、第一历史清淤参数、第一周边环境信息的至少一项;

S102、根据所述第一河道信息在数据库中筛选与当前第一河道信息相似的河道的河床地貌图像,得到参考图像数据集,所述参考图像数据集包括参考河床图像;

S103、获取当前第一河道信息的区域地貌图像,所述区域地貌图像为当前河道的河床的部分地貌图像;

S104、将所述区域地貌图像与所述参考图像数据集中的参考河床图像进行相似度匹配,得到与当前区域地貌图像相似度最高的参考河床图像,记为参照河床图像;

S105、根据所述参照河床图像构建当前河道的河床地貌模型,以及,根据所述河床地貌模型生成当前河道行走装置的第一规划路径,所述第一规划路径为所述河道行走装置在当前河道中的总体行走方向信息;

S106、在所述河床地貌摸型中沿当前河道的延伸方向按照预设条件划分多个清淤单元,每一个清淤单元具有一个区域地貌模型;

S107、逐一将所述清淤单元以及第一历史水流参数输入至路径规划模型中,得到每一所述清淤单元的第二规划路径;

S108、将多个所述第二规划路径按照所述清淤单元的排布顺序排列,并将其与第一规划路径进行融合,得到最终规划路径;

S109、根据所述最终规划路径控制所述河道行走装置执行清淤任务,并在行走过程中按照预设频次采集当前河道的实时水流参数;

S110、根据所述第一历史水流参数得到当前河道行走装置所处的位置信息的水流阈值;

S111、判断所述实时水流参数是否置于所述水流阈值的范围内;

S112、若否,则根据所述实时水流参数生成河道行走装置在预设区域内的调整策略,所述调整策略包括所述河道行走装置的行走速率调节以及路径调节;

S113、将调整后的路径记为第一调节路径,获取所述最终规划路径中与当前预设区域所对应的部分路径,记为第一回归路径;

S114、计算所述第一调节路径与所述第一回归路径的位移偏差值;

S115、判断所述位移偏差值是否置于预设偏差阈值的范围内;

S116、若否,则记还未执行清淤任务的剩下的清淤单元为待清淤单元,逐一将所述待清淤单元与所述实时水流参数重新输入至所述路径规划模型中,得到反馈规划路径,将所述反馈规划路径更新为所述最终规划路径;

重复S109至步骤S116步骤直至整个河道的清淤任务执行完毕。

2.根据权利要求1所述的河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,所述数据库中的其他的河道具有第二河道信息,所述第二河道信息包括第二河长信息、第二河道名称、第二历史水流参数、第二历史清淤参数、第二周边环境信息的至少一项;

根据所述第一河道信息在数据库中筛选与当前第一河道信息相似的河床地貌图像,得到参考图像数据集包括:构建语义词典,将所述第一河道信息转换为第一语义特征,以及将所述数据库中的其他河道的第二河道信息转换为第二语义特征;

所述语义词典通过公式(1)表示,所述公式(1)如下:公式(1)中,

根据所述语义词典描述所述第一语义特征,所述第一语义特征通过公式(2)表示,所述公式(2)如下:公式(2)中,

根据所述语义词典描述所述第二语义特征,所述第二语义特征通过公式(3)表示,所述公式(3)如下:公式(3)中,

逐一计算所述第二语义特征与所述第一语义特征的相似度,并记为语义相似度值,所述相似度通过公式(4)计算,所述公式(4)如下:公式(4)中,

逐一判断所述语义相似度值是否超出语义相似度阈值的范围,若是,则将所述语义相似度值相关联的第二河道信息中的河床地貌图像筛选并存储,得到所述参考图像数据集,通过公式(5)表示,所述公式(5)如下:公式(5)中,

3.根据权利要求1所述的河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,将所述区域地貌图像与所述参考图像数据集中的参考河床图像进行相似度匹配,得到与当前区域地貌图像相似度最高的参考河床图像,记为参照河床图像包括:将所述区域地貌图像输入至纹理识别模型中,得到所述区域地貌图像的纹理特征,记为第一纹理特征,以及逐一将所述参考河床图像输入至纹理识别模型中,得到每一所述参考河床图像的纹理特征,记为第二纹理特征;

将所述区域地貌图像输入至边缘识别模型中,得到所述区域地貌图像的边缘特征,记为第一边缘特征,以及逐一将所述参考河床图像输入至边缘识别模型中,得到每一所述参考河床图像的边缘特征,记为第二边缘特征;

根据所述第一纹理特征以及第一边缘特征得到第一图像特征向量,以及根据所述第二纹理特征以及第二边缘特征得到第二图像特征向量;

逐一计算所述第二图像特征向量与所述第一图像特征向量的互相关系数,所述互相关系数可以通过公式(6)表示,所述公式(6)如下:公式(6)中,

选取所述互相关系数的值最大的第二图像特征向量所关联的参考河床图像,并将其记为所述参照河床图像。

4.根据权利要求3所述的河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,将所述参照河床图像的第二图像特征向量记为参照图像特征向量,根据所述参照河床图像构建当前河道的河床地貌模型包括:将所述第一图像特征向量标准化,得到第一标准化特征向量,所述第一标准化特征向量通过公式(7)表示,所述公式(7)如下:公式(7)中,

将所述第一标准化特征向量与所述参照图像特征向量构建特征关联矩阵,所述特征关联矩阵通过公式(8)表示,所述公式(8)如下:公式(8)中,

根据所述特征关联矩阵进行主成分分析,得到第一差异特征向量;

根据所述第一差异特征向量在DEM算法模型中构建所述河床趋势变化函数,所述河床趋势变化函数通过公式(9)表示,所述公式(9)如下:公式(9)中,

根据所述河床趋势变化函数对DEM算法模型中的预设地貌模型进行更新,生成当前河道对应的所述河床地貌模型,所述河床地貌模型通过公式(10)表示,所述公式(10)如下:公式(10)中,

5.根据权利要求1所述的河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,所述预设条件为清淤的速率匹配系数,在所述河床地貌摸型中沿当前河道的延伸方向按照预设条件划分多个清淤单元包括:获取第一历史清淤参数,所述第一历史清淤参数包括当前河道的每批次清淤任务对应的第一历史淤泥总量、第一历史清淤周期、第一历史日清淤里程;

根据所述第一历史淤泥总量、第一历史清淤周期以及第一历史日清淤里程生成第一历史清淤速率;

获取当前河道行走装置的标准清淤速率,以及初始清淤单元长度;

根据所述标准清淤速率以及所述第一历史清淤速率得到速率匹配系数;

根据所述速率匹配系数与所述初始清淤单元长度计算得到清淤单元划分长度;

根据所述清淤单元划分长度计算得到每一所述清淤单元的预测淤泥量、预测清淤时长,并整理成列表进行展示。

6.根据权利要求1所述的河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,所述第一历史水流参数包括第一历史流速分布、第一历史水流方向、第一历史水流流速以及第一季节性变化参数,逐一将所述清淤单元以及第一历史水流参数输入至路径规划模型中,得到每一所述清淤单元的第二规划路径包括:对每一所述清淤单元执行以下步骤:

将当前所述清淤单元对应的区域地貌模型转换为代价矩阵,所述代价矩阵包括通行代价以及移动代价,所述通行代价为当前所述区域地貌模型的地形复杂程度,所述移动代价为所述第一历史流速分布,并将第一历史水流方向作为路径选择权重;

以及,根据所述区域地貌模型生成地形约束条件,根据所述第一历史水流参数生成水流约束条件;

将所述代价矩阵、路径选择权重、地形约束条件以及水流约束条件作为路径规划模型的输入参数,得到当前清淤单元的最优路径,也即第二规划路径;

将多个所述第二规划路径按照所述清淤单元的排布顺序排列,并将其与第一规划路径进行融合,得到最终规划路径通过公式(11)表示,所述公式(11)如下:公式(11)中,

7.根据权利要求1所述的河道行走装置的路径规划方法,其特征在于,所述河道行走装置的行走速率调节包括速率调节值,所述速率调节值通过以下步骤获得:获取所述河道行走装置的基本行走速率以及实时行走方向;

获取实时水流参数,所述实时水流参数包括实时水流方向、实时水流流速;

根据所述实时行走方向与所述实时水流方向生成第一影响系数;

根据所述实时水流流速与所述基本行走速率生成第二影响系数;

根据所述第一影响系数、第二影响系数以及所述基本行走速率得到速率调节值;

所述第一调节路径通过以下步骤获得:

将所述实时水流参数与当前所述清淤单元输入至路径规划模型中,得到所述第一调节路径。

8.一种河道行走装置的路径规划系统,其特征在于,包括:河道行走装置,包括支撑平台、驱动单元以及行走轮,所述行走轮设置在所述支撑平台的下方,所述驱动单元设置在所述支撑平台上;

传感组件,设置在所述支撑平台上,所述传感组件包括声呐传感器、激光传感器、水流传感器以及淤泥传感器的至少一项;

清淤组件,包括清淤管路,所述清淤管路设置在所述支撑平台上,所述清淤管路用于抽取河道底部的淤泥;

控制单元,设置在所述支撑平台上,所述控制单元与所述驱动单元、传感组件以及清淤组件分别电连接,所述控制单元用于执行权利要求1至7任意一项所述的方法。

9.一种计算机可读存储介质,其上存储计算机程序指令,其特征在于,所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种电子设备,包括存储器和处理器,其特征在于,所述存储器用于存储一条或多条计算机程序指令,其中,所述一条或多条计算机程序指令被所述处理器执行以实现如权利要求1至7中任一项所述的方法。