[0001] 本发明涉及水下地形测绘技术领域，更具体地说，它涉及一种基于深度学习的水下地形测绘系统及方法。

[0002] 随着海洋资源开发、航道维护、海洋环境保护等需求的日益增长，对水下地形图的时效性要求日益提高。因为水下地形是动态变化的，所以需要定期对水下地形图进行更新。传统的更新方式仅依赖于船只搭载的多波束测深仪等设备进行水下测量，这种方式在用于测绘更新时，存在测量周期长、成本高、覆盖范围有限等缺点，无法快速、且精准的完成水下地形图的测绘更新

[0029] 实施例一：参照图1，一种基于深度学习的水下地形测绘方法，包括如下步骤：

[0030] 步骤一：获取水下地形的高程数据，并基于水下地形的高程数据得到水下地形图。

[0031] 步骤二：在获取水下地形图后，依据水下地形图对水下地形进行区域划分，得到多个水下地形分区。

[0032] 步骤三：每k时长，获取水下地形的测绘更新值，并基于测绘更新值与测绘更新界值的比较结果，判定是否需要对水下地形图进行测绘更新。

[0033] 步骤四：在判定需要对水下地形图进行测绘更新时，获取各水下地形分区的地形测绘值。

[0034] 步骤五：基于地形测绘值与地形测绘阈值的比较结果，判定是否需要将水下地形分区标记为测绘更新分区，并按顺序对测绘更新分区进行测绘更新。

[0035] 实施例二：参照图2‑图3，一种基于深度学习的水下地形测绘系统，包括水下地形初测绘模块、水下测绘更新判定模块、水下地形分区模块、水下测绘更新执行模块。

[0036] 水下地形初测绘模块：获取水下地形的高程数据(高程数据的采集通过现有设备即可完成，如多波束声纳、激光扫描仪等高程数据测量设备)，基于水下地形的高程数据，对水下高程数据进行预处理(预处理的方式包括但不限于数据插值、数据裁剪)，基于预处理后的水下高程数据获取DEM模型，并基于DEM模型得到水下地形图(根据预处理后的水下高程数据提取水下地形的特征信息，如坡度、坡向、地形起伏度等，选择合适的GIS软件或制图软件，如ArcG IS、QGI S、G l oba l Mapper等，制作水下地形图)。

[0037] 水下地形分区模块：在获取水下地形图后，依据水下地形图对水下地形进行区域划分(可以根据水下地形图的水深梯度、地形类型等特征对水下地形进行区域划分，区域划分的标准多种多样，不属于本申请研发重点)，得到多个水下地形分区。

[0038] 水下测绘更新判定模块：每k时长，获取水下地形的测绘更新值，设置测绘更新界值(测绘更新界值为设定阈值，大小根据需求设定)，当测绘更新值大于等于测绘更新界值时，判定需要对水下地形图进行测绘更新，当测绘更新值小于测绘更新界值时，不作处理。

[0039] 水下地形的测绘更新值通过下述方式获取得到：获取水下地形内各类型地形影响数据的地形影响指数(地形影响数据的类型多种多样，包括但不限于水流数据、水质数据、沉积物数据、水下生态数据，这些数据都可能造成水下地形出现变化)，设置地形影响阈指数(地形影响阈指数为设定阈值，大小根据需求设定)，当地形影响指数大于等于地形影响阈指数时，将该类型地形影响数据标记为地形突影数据，当地形影响指数小于地形影响阈指数时，不作处理，将地形突影数据的总数量标记为Dcpt，当地形突影数据的总数量大于等于二个时，将所有地形突影数据两两打包为一个影响层叠组，将影响层叠组中两个地形突影数据的地形影响指数进行求和处理，得到地形层叠影响指数，设置地形层叠影响阈指数(地形层叠影响阈指数为设定阈值，大小根据需求设定)，当地形层叠影响指数大于等于地形层叠影响阈指数时，将该影响层叠组标记为突影层叠组，当地形层叠影响指数小于地形层叠影响阈指数时，不作处理，将突影层叠组的总数量标记为Sgbj，利用公式获取水下地形的测绘更新值ASy，其中，x1为地形突影数据数量系数，x2为突影层叠组数量系数，x1的取值为0.83，x2的取值为0.99。

[0040] 设置水下地形初测绘模块与水下测绘更新判定模块，可以通过DEM模型对水下地形进行测绘，并周期性对水下各类影响地形的数据进行综合考量与立体分析，精准判定是否需要对水下地形图进行测绘更新。

[0041] 获取水下地形内各类型地形影响数据的地形影响指数，具体为：获取各类型地形影响数据的地形影响分析模型，并采集(k时长内的)水下地形的各类型地形影响数据，将各类型地形影响数据分别输入同类型的地形影响分析模型，输出得到各类型地形影响数据的地形影响指数。

[0042] 每个类型地形影响数据都对应一个独立训练的地形影响分析模型，水质指标模型即为对应深度学习模型训练完成的模型，每个地形影响分析模型的构建方式都是相似的，唯一区别在于训练数据替代为对应类型的地形影响数据，本实施例以水流数据为例，公开地形影响分析模型的构建方式：采集s组水流数据，每组水流数据均为数据集，数据集中包括但不限于{k时长内的流量数据、k时长内的平均流速、k时长内的最高流速、k时长内的最低流速、k时长内的流向数据}，构建深度学习模型，将水流数据作为深度学习模型的训练数据，对每个训练数据赋予地形影响指数，地形影响指数的指数范围为(3～6)，将所有训练数据按照设定比例划分成训练集与验证集，对训练集与验证集进行迭代训练，得到水流数据的地形影响分析模型。地形影响指数越大，表示水流数据越容易造成地形变化，地形影响指数越小，表示水流数据越不容易造成地形变化。

[0043] 水下测绘更新执行模块：在判定需要对水下地形图进行测绘更新时，获取各水下地形分区的地形测绘值，设置地形测绘阈值(地形测绘阈值为设定阈值，大小根据需求设定)，当地形测绘值大于等于地形测绘阈值时，将该水下地形分区标记为测绘更新分区，当地形测绘值小于地形测绘阈值时，不作处理，将所有测绘更新分区按地形测绘值的数值由大至小依次进行排序，按排序顺序依次对测绘更新分区进行测绘更新(测绘更新的方式为重新获取测绘更新分区的高程数据，并基于重新获取的高程数据对水下地下图中测绘更新分区的对应位置进行重新作图)，每对一个测绘更新分区进行测绘更新后，生成该测绘更新分区的测绘更新记录，测绘更新记录包括高程差均值(使用G IS软件或专业的地形分析软件，将更新前后测绘更新分区的水下地形图叠加在一起，在每个对应的点上计算高程的差值，即更新后高程减去更新前高程并取绝对值，将所有点的高程差值进行求和处理并取均值，得到高程差均值)、更新时间。

[0044] 设置水下地形分区模块与水下测绘更新执行模块，可以基于水下地形图对水下地图进行区域划分，并在每次判定需要测绘更新时，精准分析需要更新的区域，并保证优先对关键区域进行测绘更新，在每次进行测绘更新时，不再需要获取大量的水下高程数据，并且可以提高水下地形图的测绘更新精准性。

[0045] 水下地形分区的地形测绘值通过下述方式获取得到：获取该水下地形分区在系统当前时间之前的所有测绘更新记录，将测绘更新记录的总数量标记为BCsz，获取测绘更新记录的高程差均值，将所有测绘更新记录按照更新时间的先后顺序进行依次排序，将排序后相邻两个高程差均值进行差值计算并取绝对值，得到高程差波动值，将所有高程差波动值进行求和处理并取均值，得到高程差波动均值Gbs，设置高程差阈均值(高程差阈均值为设定阈值，大小根据需求设定)，当高程差均值大于等于高程差阈均值时，将该测绘更新记录标记为显著更新记录，当高程差均值小于高程差阈均值时，不作处理，将所有显著更新记录按照更新时间的先后顺序进行依次排序，将排序后相邻两个显著更新记录的更新时间进行时间差值计算并取绝对值，得到显著更新时差，将所有显著更新时差进行求和处理并取均值，得到平均显著更新时差Pck，利用公式 得到水下地形分区的地形测绘值Bpg，其中，j1为测绘更新记录数量系数，j2为高程差波动均值系数，j3为平均显著更新时差系数，j4为测绘更新值系数，j1的取值为0.53，j2的取值为0.47，j3的取值为0.81，j4的取值为0.69。

[0046] 上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

[0047] 上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

[0048] 应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

[0049] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

[0050] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0051] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0052] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read‑on l y memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0053] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。