本發明屬于海底施工，更具體地，涉及一種多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法及系統。
背景技術：
1、海底管道敷設是許多海底施工的基礎工程，例如油氣輸送、電力傳輸、通信網絡部署等等作業都需要在海底敷設管道。海底的地質狀況和陸地有很大區別，海底沉積層受到海水侵蝕、水流、生物等多種因素影響，積物主要是緩慢降落的細小顆粒，如粘土礦物和微體生物的遺骸，因此海底沉積層更厚而松軟，較為不穩定。海底管道的敷設施工選擇位置區域的難度也更大，首先勘探難度較大，海底地質信息較難以獲取，且海底存在丘陵、山脈、海床、海溝等復雜地形，如果只在平坦區域內施工則可能需要繞過復雜地形而造成成本激增，如果在地形復雜區域進行管道敷設，增加發生滑坡等地質活動導致的設備損害風險。
2、目前進行海底管道敷設時，需要對準備施工的海底區域進行仔細的勘察，例如采用多波束成像系統、多道地震系統對海底地貌、地質剖面進行高分辨率探測，對海底滑坡等地質特征進行仔細的識別與勘探，例如中國專利文獻cn116188964a。這些方法為了保證海底管道施工安全和使用安全，獲得海底地貌以及地質剖面數據，在施工范圍較大時，需要消耗大量的時間成本和經濟成本，且數據量大對于海底區域的篩查分析復雜。
技術實現思路
1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法及系統，其目的在于通過多尺度柵格篩選，結合地形區域類別和坡度信息，判斷沉積層的穩定程度，兼顧篩選速度和精度，獲得符合施工條件的待施工海底區域，由此解決現有技術對于大范圍海底管道施工進行符合施工條件的待施工區域需要消耗大量時間成本和經濟成本的技術問題。
2、為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，基于海底高程信息，具體包括以下步驟：
3、(1)地圖獲取：讀取待篩選海底區域的海底高程圖；所述高程圖像的每個像素點包括平面坐標信息和高程值信息，所述平面坐標信息用于表示所述待重構三維地形的相應位置，所述高程值信息用于表示待重構三維地形該位置的海拔高度信息；
4、(2)邊緣檢測：對步驟(1)獲取的高程圖像采用邊緣檢測算法監測圖像內的邊緣輪廓獲得邊緣坐標，按照邊緣輪廓將高程圖像塊劃分為區域并判斷所述區域的類別；
5、(3)對步驟(1)獲得的待篩選海底區域的海底高程圖進行不同尺度的柵格化，柵格的分辨率為dx×dy，按照尺度由大到小的順序進行柵格篩選，每一尺度的柵格篩選，保留待篩選區域中其平均坡度小于該柵格類別的預設坡度閾值的柵格，并將其他的區域作為下一較小尺度的柵格篩選的待篩選區域，最終將保留的不同尺度的柵格合并為待施工海底區域。
6、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其步驟(3)柵格篩選的尺度按照如下方法確定：
7、s1、確定篩選尺度范圍及步長；所述篩選尺度范圍，即柵格分辨率dx×dy的取值范圍：對于dx和dy的尺度變化大小，分別由步長函數λx和λy確定；
8、s2、根據步驟s1獲得的篩選尺度范圍及步長，按照降序確定第l次柵格篩選的柵格分辨率
9、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其第l次柵格篩選的具體步驟為：
10、(3-1)地圖柵格化：將待篩選區域的海底高程圖進行柵格化，柵格的分辨率為其中為第l次柵格篩選的柵格橫向的像元數量，為第l次柵格篩選的柵格縱向的像元數量；當柵格內得像元的類別為同一類別時，將該類別作為該柵格的類別，并將該柵格作為待篩選柵格；
11、(3-2)柵格篩選：對于步驟(3-1)獲取的待篩選柵格，根據其與周圍柵格的高程值差距計算所述柵格的平均坡度，將平均坡度小于所述柵格類別的預設坡度閾值的柵格作為敷設施工柵格，用于管道敷設路線規劃；所述柵格類別的預設坡度閾值，根據所述類別的海底區域的平均高程值按照其平均高程值越大預設坡度預制越大的原則確定。
12、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其所述坡度用于表征柵格高程沿某方向變化率，可用周圍柵格與該柵格的平均高程之差與柵格中心距離的比值來計算。
13、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其平均坡度用于表征柵格柵格高程沿各個方向變化率均值；柵格的平均坡度計算方法如下：
14、
15、其中，s(i,j)為該柵格相對于周圍柵格的斜率，該柵格的相對坐標為(0,0)，周圍柵格的坐標為(i,j)，i＝-1,0,1，j＝-1,0,1，且i,j不同時為0。
16、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其柵格相對于周圍柵格的斜率s(i,j)計算方法如下：
17、
18、其中為坐標為(i,j)柵格的平均高程，為該柵格的平均高程，柵格的平均高程按照如下方法計算：
19、
20、其中，h為柵格內像元的高程值。
21、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其步驟(2)所述區域的類別，用于表征地形類別，類別可預先定義或采用訓練收斂的分類器進行分類。
22、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其當所述待重構三維地形的高程圖像為彩色圖像時，采用原始圖像或灰度圖像進行邊緣檢測，優選的邊緣檢測算法為：sobel算法，使用離散差分算子來計算圖像像素灰度值的梯度，通過水平和垂直兩個方向的卷積運算來識別邊緣。
23、優選地，所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其所述高程值為圖像灰度值，當所述待重構三維地形的高程圖像為彩色圖像時，用rgb格式表示像素色彩，并將rgb值對應的灰度值作為該像素的高程值。
24、按照本發明的另一個方面，提供了一種多尺度海底管道敷設施工柵格篩選系統，所述系統為電子設備或非暫態計算機可讀存儲介質；
25、所述電子設備，包括存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述程序時實現本發明提供的所述多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法的步驟。
26、所述非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現本發明提供多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法的步驟。
27、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
28、本發明提供的海底管道敷設施工柵格篩選方法，基于海底高程圖，通過不同尺度的柵格篩選，分辨率可根據需要通過設置柵格大小而調整，兼顧篩選速度和篩選精度，迅速且細致的從待篩選海底區域中搜索符合施工條件的待施工海底區域。
29、優選方案，結合區域類別和柵格區域斜率來判斷沉積層的穩定程度，綜合海底地形地貌信息自適應的篩選適合作為海底管道敷設施工柵格，從而在保證施工安全和使用安全的前提下，有效控制成本。
1.一種多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，基于海底高程信息，具體包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，步驟(3)柵格篩選的尺度按照如下方法確定：
3.如權利要求2所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，第l次柵格篩選的具體步驟為：
4.如權利要求3所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，所述坡度用于表征柵格高程沿某方向變化率，可用周圍柵格與該柵格的平均高程之差與柵格中心距離的比值來計算。
5.如權利要求4所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，平均坡度用于表征柵格柵格高程沿各個方向變化率均值；柵格的平均坡度計算方法如下：
6.如權利要求5所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，柵格相對于周圍柵格的斜率s(i,j)計算方法如下：
7.如權利要求1所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，步驟(2)所述區域的類別，用于表征地形類別，類別可預先定義或采用訓練收斂的分類器進行分類。
8.如權利要求7所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，當所述待重構三維地形的高程圖像為彩色圖像時，采用原始圖像或灰度圖像進行邊緣檢測，優選的邊緣檢測算法為：sobel算法，使用離散差分算子來計算圖像像素灰度值的梯度，通過水平和垂直兩個方向的卷積運算來識別邊緣。
9.如權利要求1所述的多尺度海底管道敷設施工柵格篩選方法，其特征在于，所述高程值為圖像灰度值，當所述待重構三維地形的高程圖像為彩色圖像時，用rgb格式表示像素色彩，并將rgb值對應的灰度值作為該像素的高程值。
10.一種多尺度海底管道敷設施工柵格篩選系統，所述系統為電子設備或非暫態計算機可讀存儲介質；