一种基于多源数据融合的桩基预警方法及系统

本发明涉及信息，具体涉及一种基于多源数据融合的桩基预警方法及系统。

背景技术：

1、随着全球工业的迅猛发展，船舶运输业飞速发展，港口码头作为船舶运输的重要一环，保证港口码头的安全运行成为航运飞速发展的必要条件。由于码头直接面对宽阔水域，缺少防护设施或者天然屏障保护，直接承受水动力的影响。桩基码头建成后，码头的支撑桩柱对近岸动力产生影响，进而改变近岸泥沙输运过程，造成桩基码头下方淤积，对桩基码头支撑桩柱结构安全影响。因此需要对桩基码头淤积监控预警以保证桩基码头支撑桩柱结构安全。

2、现有技术对桩基码头淤积预警过于单一，不能实现全天候、全区域、全时段淤积预警，此外现有技术对桩基码头淤积预警的实施过程过于复杂、所需人员较多，与现实需求不符。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于多源数据融合的桩基预警方法及系统，可以通过多源数据融合的方式对现场观测数据、数值模型数据和遥感影像反演数据相互验证，提高数据使用效率、确保预警的可靠性与及时性、实现全天候、全区域、全时段桩基码头下方淤积预警。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于多源数据融合的桩基预警方法，包括以下步骤：

4、构建桩基码头预警区域初始三维地形并进行子区域划分；

5、实时获取桩基码头预警区域的水深数据的现场观测数据、数值模型数据和遥感影像反演数据；

6、获取初始时刻现场观测的水深数据，根据初始时刻现场观测的水深数据更新桩基码头预警区域初始三维地形获得初始时刻的桩基码头预警区域三维地形，作为水深数据的数值模型的地形数据；

7、在初始时刻之后的每个时间步，均选取每个子区域的水深数据中最接近现场观测数据的数值模型数据或遥感影像反演数据，将每个子区域选取的水深数据的数值模型数据和/或遥感影像反演数据进行多源数据融合，然后根据多源数据融合后的水深数据计算每个时间步对应的桩基码头预警区域泥面高程数据，并根据桩基码头预警区域泥面高程数据更新每个时间步对应的桩基码头预警区域三维地形；

8、若桩基码头预警区域泥面高程数据大于淤积泥面高程阈值，则进行预警并显示桩基码头预警区域三维地形。

9、进一步的，构建桩基码头预警区域初始三维地形并进行子区域划分时，包括：

10、通过桩基码头建设资料或设计资料构建桩基码头预警区域设计三维地形；

11、在桩基码头预警区域规划无人自航船航行路线，并获取航行路线中测量的水深数据；

12、使用所述水深数据更新桩基码头预警区域设计三维地形，得到桩基码头预警区域初始三维地形；

13、按照桩基码头俯视图，在桩基码头预警区域初始三维地形中分别以桩基码头建筑边界构成的封闭区域作为对应子区域。

14、进一步的，实时获取桩基码头预警区域的水深数据的现场观测数据、数值模型数据和遥感影像反演数据之前，包括设置多源数据融合的时间分辨率和空间分辨率的步骤，包括：

15、确定多源数据融合时间分辨率δt和多源数据融合空间分辨率δm，根据多源数据融合空间分辨率δm对桩基码头预警区域进行正交网格划分；

16、根据多源数据融合时间分辨率δt，确定现场观测数据时间分辨率δt1、数值模型数据时间分辨率δt2、遥感影像反演数据时间分辨率δt3，使得多源数据融合时间分辨率δt分别为现场观测数据时间分辨率δt1、数值模型数据时间分辨率δt2、遥感影像反演数据时间分辨率δt3的不同整数倍；

17、根据多源数据融合空间分辨率δm，确定数值模型数据空间分辨率δm2、遥感影像反演数据空间分辨率δm3，使得多源数据融合空间分辨率δm分别为数值模型数据空间分辨率δm2、遥感影像反演数据空间分辨率δm3的不同整数倍。

18、进一步的，分别按照对应的时间分辨率和空间分辨率，实时获取桩基码头预警区域的水深数据的现场观测数据、数值模型数据和遥感影像反演数据时，包括实时获取桩基码头预警区域的水深数据的现场观测数据的步骤，具体包括：

19、在桩基码头预警区域中各子区域的正交网格交点处选择现场观测点位置，以现场观测数据时间分辨率δt1作为时间间隔，获取现场观测点位置测量的水深数据。

20、进一步的，还包括更新桩基码头下方的淤积泥面高程阈值的步骤，包括：

21、以现场观测数据时间分辨率δt1作为时间间隔，获取桩基码头预警区域中现场观测的码头下方桩基处淤积厚度、码头下方桩基位移、码头下方桩基应力，若码头下方的桩基位移和桩基应力均大于对应的预设阈值，将码头下方桩基处淤积厚度与预设的淤积高程相加，得到新的桩基码头下方的淤积泥面高程阈值。

22、进一步的，实时获取桩基码头预警区域的水深数据的现场观测数据、数值模型数据和遥感影像反演数据时，包括实时获取桩基码头预警区域的水深数据的数值模型数据的步骤，具体包括：

23、获取初始时刻的桩基码头预警区域三维地形作为数值模型的地形数据，并获取初始时刻现场观测的水文数据作为边界驱动条件，根据所述地形数据和边界驱动条件构建桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型；

24、将数值模型数据时间分辨率δt2作为桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型的计算时间步长和数据输出步长，将数值模型数据空间分辨率δm2作为桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型的网格精度；

25、运行桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型并获取输出的水深数据。

26、进一步的，在每个时间步，均选取每个子区域的水深数据中最接近现场观测数据的数值模型数据或遥感影像反演数据之前，包括在每个时间步选取子区域的水深数据中的数值模型数据的步骤，包括：

27、获取当前时间步桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型输出的水深数据的数值模型数据，并获取当前时间步各子区域的现场观测点位置测量的水深数据的现场观测数据；

28、将各子区域的现场观测点位置对应的水深数据的数值模型数据与现场观测数据进行对比，以判断桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型的模拟精度是否满足要求；

29、若桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型的模拟精度不满足要求，则根据当前时间步各子区域的现场观测点位置测量的水深数据的现场观测数据校正桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型；

30、若桩基码头预警区域三维水动力泥沙输运数值模型的模拟精度满足要求，则提取所述水深数据的数值模型数据中与各子区域的正交网格交点坐标对应的数值模型数据。

31、进一步的，实时获取桩基码头预警区域的水深数据的现场观测数据、数值模型数据和遥感影像反演数据时，包括实时获取桩基码头预警区域的水深数据的遥感影像反演数据的步骤，具体包括：

32、实时获取桩基码头预警区域的遥感影像并进行预处理，使用不同的水深反演模型，分别根据遥感影像反演数据时间分辨率δt3和遥感影像反演数据空间分辨率δm3对预处理后的遥感影响进行反演，得到与每种水深反演模型对应的水深数据的遥感反演数据。

33、进一步的，在每个时间步，均选取每个子区域的水深数据中最接近现场观测数据的数值模型数据或遥感影像反演数据之前，包括在每个时间步选取子区域的水深数据中的遥感影像反演数据的步骤，包括：

34、获取当前时间步每种水深反演模型输出的水深数据的遥感反演数据，并获取当前时间步各子区域的现场观测点位置测量的水深数据的现场观测数据；

35、将各子区域的现场观测点位置对应的每种水深反演模型的水深数据的遥感反演数据与现场观测数据进行对比，以选取最优的水深反演模型；

36、根据当前时间步各子区域的现场观测点位置测量的水深数据的现场观测数据校正其余的水深反演模型；

37、提取最优的水深反演模型输出的水深数据的遥感反演数据中与各子区域的正交网格交点坐标对应的遥感反演数据。

38、本发明还提出一种基于多源数据融合的桩基预警系统，包括互相连接的微处理器和计算机可读存储介质，所述微处理器被编程或者配置以执行任一项所述的基于多源数据融合的桩基预警方法。

39、与现有技术相比，本发明的优点在于：

40、本发明通过在每个时间步将多种途径获得的不同时间分辨率与不同空间分辨率的桩基码头预警区域水深数据进行多源数据融合，并通过多源数据融合后的水深数据与现场观测的水面计算得到每个时间步对应的桩基码头预警区域泥面高程数据，并以此与泥面高程数据阈值进行比较来进行桩基码头的淤积预警，相比基于单一数据源进行淤积预警的方法，实现了对桩基码头全天候、全区域、全时段预警，做到对桩基码头淤积精确、及时、可靠预警。