阅读说明：本技术 目标水域底泥测量系统及其方法 (System and method for measuring sediment in target water area ) 是由 王利军 王文冬 王艳梅 高晓薇 于 2019-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种目标水域底泥测量方法,属于淤泥测量和清淤工程计量技术领域。所述方法包括：获取目标水域的底泥的表面三维坐标；对所述底泥的不同相对位置设置采样点,在每个采样点处获取所述底泥的采样样本,并根据所述采样样本分析在所述每个采样点处的底泥深度,确定所述每个采样点在所述表面三维坐标中的采样点三维坐标,再通过所述底泥深度和所述采样点三维坐标生成所述底泥的底面三维坐标；利用所述表面三维坐标、所述底泥深度和所述底面三维坐标生成所述底泥的空间分布。(The invention provides a method for measuring bottom sediment of a target water area, and belongs to the technical field of sediment measurement and dredging engineering measurement. The method comprises the following steps: acquiring the surface three-dimensional coordinates of the sediment of the target water area; setting sampling points at different relative positions of the sediment, acquiring sampling samples of the sediment at each sampling point, analyzing the depth of the sediment at each sampling point according to the sampling samples, determining the three-dimensional coordinates of the sampling points in the surface three-dimensional coordinates of each sampling point, and generating the bottom surface three-dimensional coordinates of the sediment through the depth of the sediment and the three-dimensional coordinates of the sampling points; and generating the spatial distribution of the sediment by utilizing the surface three-dimensional coordinates, the depth of the sediment and the bottom surface three-dimensional coordinates.)

目标水域底泥测量系统及其方法

技术领域

本发明涉及淤泥测量和清淤工程计量技术领域，具体地涉及一种目标水域底泥测量系统和一种目标水域底泥测量方法。

背景技术

湖库生态系统作为自然生态系统的主要组成部分，具有水源涵养、气候调节、防洪减涝等多重作用。但是随着外源污染物的不断输入、水生生物残渣的逐渐沉积，在湖库底部富集了大量的污染物，如重金属、氮、磷等营养物以及难降解有机物等有毒有害物质，成为造成水体污染的重要次生污染源(即污染内源)，不仅降低了湖库生态系统防洪减涝能力，而且当湖库底泥中污染物含量超过本底浓度的2～3倍时，即可对湖库生态系统的生物多样性造成破坏，甚至会严重威胁到人类健康以及生存环境，必须采取积极有效的措施予以彻底消除。

与湖库底泥化学控制技术以及生物控制技术相比，湖库底泥疏浚技术具有工程见效周期短、底泥污染物去除效率高、不会带来二次污染以及可增加湖库的调蓄、减涝功能等显著优势，是当前深水湖库整治与底泥污染物控制的最常见方法。目前的湖库底泥疏浚技术往往是采用枯水季节干挖疏浚等粗犷式的清淤施工方式，即采用挖掘机等机械设备对湖库底泥进行粗犷式开挖，但是对于具体的清淤深度、清淤工程量等缺乏相关的测算分析，无法为湖库清淤工程的前期方案投资估算、后期现场指导施工提供技术支撑，亟需开展湖库清淤深度、清淤工程量精准计量技术的相关研究。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种目标水域底泥测量系统和一种目标水域底泥测量方法，现有技术缺少能用于淤泥定量、底泥清除工程定量和清淤工程成本定量预算的方案，从而无法为湖库清淤工程的前期方案投资估算、后期现场指导施工提供技术支撑。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种目标水域底泥测量方法，该方法包括：

S1)获取目标水域的底泥的表面三维坐标；

S2)对所述底泥的不同相对位置设置采样点，在每个采样点处获取所述底泥的采样样本，并根据所述采样样本分析在所述每个采样点处的底泥深度，确定所述每个采样点在所述表面三维坐标中的采样点三维坐标，再通过所述底泥深度和所述采样点三维坐标生成所述底泥的底面三维坐标；

S3)利用所述表面三维坐标、所述底泥深度和所述底面三维坐标生成所述底泥的空间分布。

具体的，该方法还包括：

S4)根据所述空间分布和清淤工程速度计算底泥清除工程量，以完成清淤工程成本预算。

具体的，该方法还包括：

S4)选定截面，并利用所述截面获得由所述底泥深度和所述底面三维坐标构成的层分布的剖面分布，再利用所述剖面分布指导清淤工程施工。

具体的，步骤S1)包括：

S101)在目标水域水面不同相对位置设置测量点；

S102)在所述测量点中选定当前测量点，通过在所述当前测量点处进行实时动态定位，获得所述当前测量点的三维坐标；

S103)通过在所述当前测量点处进行所述目标水域水面至底泥表面的回波测距，获得所述当前测量点至所述当前测量点在所述底泥表面内投影点的距离，再根据所述距离和所述三维坐标获得测量三维坐标，跳转至步骤S102)；

S104)在步骤S103)遍历完所有测量点时，利用所有的测量三维坐标生成底泥的表面三维坐标。

具体的，步骤S1)还包括：

获取对应所述表面三维坐标的、用于分析底泥表面分布的梯度集合。

具体的，获取对应所述表面三维坐标的、用于分析底泥表面分布的梯度集合，包括：

S111)选取具有等差特征的不同水深度，确定每个水深度对应的表面三维坐标；

S112)将所述每个水深度对应的表面三维坐标进行拟合，获得与所述每个水深度对应的坐标拟合曲线，将所述坐标拟合曲线投影至参考平面内，获得不同水深度的投影曲线集合；

S113)相对不同参考方向获取所述投影曲线集合的梯度集合，并在选定观察范围内分析所述梯度集合的分布特征。

具体的，步骤S2)开始时至根据所述采样样本分析在所述每个采样点处的底泥深度时，包括：

S201)对所述底泥的不同相对位置设置采样点；

S202)通过对每个采样点进行钻孔取样，获得与所述每个采样点对应的采样样本；

S203)将所述采样样本与预设样本标准进行对比，获得所述每个采样点处的底泥深度。

具体的，步骤S202)包括：

通过对每个采样点进行钻孔取样且在钻孔至原状土层下一米时停止，获得与所述每个采样点对应的采样样本。

本发明实施例还提供一种目标水域底泥测量系统，包括：

采样设备，用于采集目标水域的底泥的表面三维坐标数据、用于对所述底泥的不同相对位置设置采样点且还用于在每个采样点处获取所述底泥的采样样本数据；

计算设备，用于接收所述采样样本数据和所述表面三维坐标数据、用于根据所述采样样本数据分析在所述每个采样点处的底泥深度、用于确定所述每个采样点在所述表面三维坐标数据中的采样点三维坐标数据且还用于通过所述底泥深度和所述采样点三维坐标数据生成所述底泥的底面三维坐标数据；

所述计算设备还用于利用所述表面三维坐标数据、所述底泥深度和所述底面三维坐标数据生成所述底泥的空间分布。

可选的，还包括：

显示设备；

其中，所述计算设备还用于通过所述显示设备呈现所述空间分布的立体图、或通过所述显示设备呈现由所述底泥深度和所述底面三维坐标数据构成的底泥底层地形图、或通过所述显示设备呈现所述底泥底层地形图的剖面图。

本发明实现了湖库水下地形测绘、钻孔分层取样以及河道底泥污染物分析，在实现对清淤深度、清淤工程量进行定量分析的同时，同步完成相应的清淤设计施工图，输出结果可以为湖库清淤工程的前期方案投资估算、与后期现场指导施工提供相应的技术支持；

本发明还通过梯度特征和梯度的分布特征实现了底泥表面可能存在的特殊地形分析，而这些特殊地形是很难通过底泥立体分布和底泥层剖面分布发现，特殊地形例如巨石、局部石滩或沟壑，从而可以显著影响到投资估算和指导施工。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的

具体实施方式

部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

实施例1

一种目标水域底泥测量系统，包括：采样设备，用于采集目标水域的底泥的表面三维坐标数据、用于对所述底泥的不同相对位置设置采样点且还用于在每个采样点处获取所述底泥的采样样本数据；计算设备，用于接收所述采样样本数据和所述表面三维坐标数据、用于根据所述采样样本数据分析在所述每个采样点处的底泥深度、用于确定所述每个采样点在所述表面三维坐标数据中的采样点三维坐标数据且还用于通过所述底泥深度和所述采样点三维坐标数据生成所述底泥的底面三维坐标数据；所述计算设备还用于利用所述表面三维坐标数据、所述底泥深度和所述底面三维坐标数据生成所述底泥的空间分布。

可选的，还包括：显示设备；其中，所述计算设备还用于通过所述显示设备呈现所述空间分布的立体图、或通过所述显示设备呈现由所述底泥深度和所述底面三维坐标数据构成的底泥底层地形图、或通过所述显示设备呈现所述底泥底层地形图的剖面图。

将湖库水下地形测绘技术、水上钻孔柱状分层取样技术以及河道底泥污染物监测技术进行集成，并在所述计算设备上安装制图软件和建模系统，在实现对清淤深度、清淤工程量进行定量分析的同时，同步在所述显示设备渲染出相应的清淤设计施工图，所述计算设备还能输出结果，所述输出结果可以为湖库清淤工程的前期方案投资估算、后期现场指导施工提供相应的技术支持。

实施例2

如图1，一种目标水域底泥测量方法包括以下步骤：

步骤一，绘制底泥表层地形图，即利用实时动态载波相位差分(Real-timekinematic，RTK)水上定位技术确定水面测量点的三维坐标(X，Y，Z)，竖直波束回声仪确定对应的底泥表层水深h0，得出湖库底泥表层测量点的测量三维坐标(X，Y，Z-h0)，将测量三维坐标(X，Y，Z-h0)导入预设绘图和计算模型，即可在一显示设备上呈现湖库底泥表层地形图；

步骤二，绘制底泥底层地形图，可以直接参照《土壤环境监测技术规范》(HJ/T166)对湖库底泥采样点进行布设，也可以考虑具体的成本和湖库水底地形复杂程度布设采样点，采样点可以与测量点相同，也可以让采样点相对测量点存在偏移向量(例如选取测量点在底泥表面的投影点作为采样点)，再利用水上钻孔柱状取样技术对湖库底泥进行分层取样直至原状土层以下1m的深度，并将所取柱状底泥样本进行妥善保存，带至实验室对重金属、非金属毒性物质等进行浓度检测，然后将检测结果与《土壤环境质量标准》(GBl56168-1995)(可以作为所述预设样本标准)规定的限值进行对比，最终确定出采样点处所需清理的底泥深度h1，将结果返回至步骤一，得出该测量点处淤泥底部的三维坐标(X，Y，Z-h0-h1)，将(X，Y，Z-h0-h1)导入预设绘图和计算模型，即可在所述显示设备上呈现湖库底泥底层地形图；

步骤三，底泥三维空间分布图及底泥工程量，将步骤一、步骤二所得出的湖库底泥表层地形图、湖库底泥底层地形图导入建模系统，例如BIM系统(Building InformationModeling，BIM)，通过计算，在所述显示设备上呈现底泥三维空间分布图及底泥工程量，用于辅助估算湖库清淤工程前期方案的投资费用；

步骤四，清淤施工纵断图及特殊断面剖面图，将步骤二所得出的湖库底泥底层地形图导入剖面或截面模型，通过计算，在所述显示设备上呈现生成清淤施工底泥分层纵断图及特殊断面剖面图，用于辅助指导湖库清淤工程的后期现场施工。

在步骤一中，可以在参考平面内(例如水面)再获取梯度集合和所述梯度集合的分布特征，所述梯度集合和所述分布特征(投影曲线稀疏或密集程度)可用于分析底泥表面凸起程度(选定观察范围内投影曲线稀疏且梯度变化小)和凹陷程度(选定观察范围内投影曲线密集且梯度变化大)，凸起可能是水底存在巨石，凹陷可能是水底有大沟壑，此外，在选定观察范围内还可能存在投影曲线波纹区(投影曲线稀疏和密集同时出现)，水底可能存在局部石滩，具有巨石、局部石滩或沟壑等特殊地形的目标水域的清淤工程预算和工程量是比没有特殊地形的目标水域的预算要高且工程量也更大，并且所述梯度集合和所述分布特征还可以用于为采样点的选取提供参考。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)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(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。