一种高原湖泊水下地形测量方法、系统、设备及存储介质与流程

本发明涉及水下地形测量领域，特别涉及一种高原湖泊水下地形测量方法、系统、设备及存储介质。

背景技术：

1、全球水循环中地表水量是非常重要的影响因素之一，而地表水量中包含的诸多元素中湖泊水量又占据了绝对优势。当前研究湖泊水储水量的热度日益增长，而获得湖泊水下地形对于湖泊水量和变化的计算尤为重要。通过开展湖泊水下地形调查工作，仍旧是获得湖泊水储存量最重要的途径。高原湖泊多构造断陷湖，常见特征为水深、岸坡陡峻，形状常为狭长形，且往往位于信号较弱的区域。目前，针对高原湖泊特点的水下地形测量研究较少。因此，迫切需要一种有效针对高原湖泊特点的水下地形测量方法。

2、传统的水下地形测量往往通过测深杆实现，不仅测量操作过程繁琐，效率低下，且受限于测深杆长度，适用性较低，并不适合水深且环境复杂的高原湖泊。随着水下地形测量技术的不断开展，提出了基于超声回波技术的水下地形测量，该种方法原理简单，不受限于待测水深，且测量效率较高，但受限于声波传输因水下复杂环境而产生的不确定性，容易造成较大的测量误差，且难以准确确定水下声速。

3、为此，如何提供一种有效针对高原湖泊特点，进一步提高高原湖泊水下地形测量精度的高原湖泊水下地形测量方法、系统、设备及存储介质是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种高原湖泊水下地形测量方法、系统、设备及存储介质。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高原湖泊水下地形测量方法，包括：

4、步骤1：利用超声测距法进行不同坐标下的水下深度多次测量，并利用ppk定位技术进行水下深度测量过程中的坐标采集；其中，超声测距法中的水下声速为基于环鸣控制法确定；

5、步骤2：基于som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除，以获得不同坐标下的真实水下深度，得到水下地形测量结果。

6、可选的，步骤1中，利用超声测距法进行不同坐标下的水下深度多次测量，如下：

7、

8、其中，为i坐标下第k次水下深度测量的结果；为i坐标下第k次水下深度测量的超声发射与回波接收的时间差；为i坐标下第k次水下深度测量的水下声速。

9、可选的，步骤1中，利用ppk定位技术进行水下深度测量过程中的坐标采集，具体为：

10、利用基准站接收机和流动接收机对gnss卫星进行同步观测，并将同步接收的数据在计算机中进行线性组合，形成虚拟的载波相位观测量，引入基准站的已知坐标，获得流动站的三维坐标。

11、可选的，步骤1中，基于环鸣控制法确定水下声速，具体为：

12、控制超声发射器向超声接收器发射超声信号，并进行环鸣控制，使得超声信号在超声发射器与超声接收器之间往返多次，直到系统的计数频率满足水下声速测量精度要求，统计用时，得到水下声速，如下：

13、

14、其中，n为系统的计数频率满足水下声速测量精度要求时的超声信号往返次数；v'为预设水下声速；f为系统的计数频率；s为超声发射器与超声接收器间的距离；δv为水下声速测量精度要求；为i坐标下第k次水下深度测量的水下声速；为i坐标下第k次水下深度测量，进行水下声速确定时超声信号往返n次所花费的时间。

15、可选的，步骤2中，基于som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除，具体为：

16、通过som算法对水下深度多次测量结果进行聚类，以筛选异常数据点；其中，som算法，如下：

17、计算当前输入向量与基于som算法的输出层神经元之间的距离，并设置距离最小的神经元为获胜神经元，如下：

18、

19、其中，xm(q)为第m个输入向量；yj(q)为第j个输出层神经元的权重矩阵；

20、权值调整公式，如下：

21、

22、其中，η(q)为学习率参数；zg(q)为获胜神经元q的邻域半径。

23、可选的，在基于改进som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除之前，还包括：

24、将同一坐标下的水下深度多次测量结果逐维进行基于密度的一维孤立点检测，将多维水下深度测量结果按维度对离群点进行初步筛选，剔除两点之间的欧式距离大于预设邻域的离群点。

25、可选的，步骤2中，获得不同坐标下的真实水下深度，具体为：

26、在进行异常值检测与剔除后，取同一坐标下剩余的水下深度测量结果的均值，作为不同坐标下的真实水下深度。

27、本发明还提供一种利用一种高原湖泊水下地形测量方法的高原湖泊水下地形测量系统，包括：

28、水下深度测量模块：用于利用超声测距法进行不同坐标下的水下深度多次测量，并利用ppk定位技术进行水下深度测量过程中的坐标采集；其中，超声测距法中的水下声速为基于环鸣控制法确定；

29、水下深度处理模块：用于基于som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除，以获得不同坐标下的真实水下深度，得到水下地形测量结果。

30、本发明还提供一种电子设备，包括：

31、存储器，用于存储计算机程序；

32、处理器，用于执行计算机程序时实现一种高原湖泊水下地形测量方法的步骤。

33、本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现一种高原湖泊水下地形测量方法的步骤。

34、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提出了一种高原湖泊水下地形测量方法、系统、设备及存储介质。通过利用ppk定位技术进行水下深度测量过程中的坐标采集，解决了高原湖泊信号较弱的问题；通过采用不受水深限制，且效率较高的超声测距法，并利用环鸣控制使得超声信号在超声发射器与超声接收器之间往返多次，直到系统的计数频率满足水下声速测量精度要求，解决直接通过水下测量进行确定声速时，系统计时电路的计数频率(即测量超声波通过一定距离的时间)不能满足水下声速测量精度的要求的问题，进一步提高了水下声速获取精度，以及通过对同一坐标下的水深进行多次测量，并利用基于som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除，以获得不同坐标下的真实水下深度，进一步提高了水下地形测量精度。综上，本发明提出了一种能够有效针对高原湖泊特点的水下地形测量方法，有效提高了高原湖泊水下地形测量精度。

技术特征：

1.一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，步骤1中，利用超声测距法进行不同坐标下的水下深度多次测量，如下：

3.根据权利要求1所述的一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，步骤1中，利用ppk定位技术进行水下深度测量过程中的坐标采集，具体为：

4.根据权利要求1所述的一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，步骤1中，基于环鸣控制法确定水下声速，具体为：

5.根据权利要求1所述的一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，步骤2中，基于som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除，具体为：

6.根据权利要求5所述的一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，在基于改进som算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除之前，还包括：

7.根据权利要求1所述的一种高原湖泊水下地形测量方法，其特征在于，步骤2中，获得不同坐标下的真实水下深度，具体为：

8.一种利用权利要求1-7任一项所述的一种高原湖泊水下地形测量方法的高原湖泊水下地形测量系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，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权利要求1-7任一项所述的一种高原湖泊水下地形测量方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种高原湖泊水下地形测量方法、系统、设备及存储介质，应用于水下地形测量领域，包括：利用超声测距法进行不同坐标下的水下深度多次测量，并利用PPK定位技术进行水下深度测量过程中的坐标采集；其中，超声测距法中的水下声速为基于环鸣控制法确定；基于SOM算法对同一坐标下的水下深度多次测量结果进行异常值检测与剔除，以获得不同坐标下的真实水下深度，得到水下地形测量结果。本发明提出了一种能够有效针对高原湖泊特点的水下地形测量方法，有效提高了高原湖泊水下地形测量精度。技术研发人员：刘红豪,李俊,周伟东,刘石玉,张俊洋,吴超,赵愈辉受保护的技术使用者：中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心技术研发日：技术公布日：2024/11/4