本發明涉及航道疏浚，具體涉及一種礙航河道水下智能開挖一體化疏浚方法及系統。
背景技術：
1、內河航道水深淺、寬度窄，水下爆破開挖技術雖然效率高，但存在生態破壞、振動污染、噪音污染等問題，與綠色低碳發展理念背道而馳，并且爆破法受到環保政策的嚴格限制。機械開挖方法雖然相對環保，但往往依賴人工經驗進行作業規劃，存在效率低下、施工精度差等問題。尤其對于礙航河道，航道曲率變化大、巖層硬度差異顯著，傳統方法無法自適應優化作業路徑和分區，導致非爆開挖船移船頻繁、插樁耗時增加，施工周期長、成本高。
技術實現思路
1、本發明的目的就是針對現有技術的缺陷，提供一種礙航河道水下智能開挖一體化疏浚方法及系統，根據航道寬度、曲率及巖層硬度靈活調整分區布置，適用于各種復雜航道條件。非爆開挖船以最大作業范圍施工，結合路徑規劃，最小化移船和插樁時間，顯著提升施工效率，降低人工成本。
2、為了解決上述技術問題，一方面，本發明提供一種礙航河道水下智能開挖一體化疏浚方法，包括：
3、s1、根據航道地形測繪信息建立航道開挖作業三維地圖；
4、s2、根據航道開挖作業三維地圖、單次移船最大移船距離以及航道曲率比，將航道開挖作業區域劃分為多個分區；
5、s3、根據非爆開挖船作業覆蓋范圍進行非爆開挖船每個分區的作業路徑規劃；
6、s4、根據每個分區的作業路徑進行開挖作業。
7、在一些實施例中，步驟s2包括：
8、根據航道開挖作業三維地圖獲得開挖區域在水平面上的投影，將所述投影沿航道寬度劃分為多個開挖區域；
9、將各個開挖區域劃分為多個分區：
10、計算當前開挖區域的中心線p；
11、以中心線p的起點m作為當前開挖區域的第一分區的起點；
12、根據單次移船最大移船距離和航道曲率比k在中心線p上確定第一分區的終點n；
13、由點m和點n作垂直于中心線p的垂線，點m的垂線、點n的垂線、該分區的兩個邊界線共同形成當前開挖區域的第一分區；
14、以點n作為第二分區的起點，進行第二分區的劃分，直至完成當前開挖區域的劃分。
15、在一些實施例中，步驟s22中，根據單次移船最大移船距離和航道曲率比k在中心線p上確定第一分區的終點n包括：
16、以起點m為圓心、以0.8倍的單次移船最大移船距離為半徑作圓，該圓與中心線p的交點為n；
17、計算中心線p上點m和點n之間的曲線長度，計算點m和點n之間的直線長度，；
18、判斷是否滿足且，若滿足，則以n點作為第一分區的終點；否則，將n點在中心線p上向靠近m點的方向移動，再次計算和，再次是否滿足且，若滿足，則以移動后的n點作為第一分區的終點，否則繼續移動，直至滿足且；
19、其中，表示單次移船最大移船距離，為航道曲率比。
20、在一些實施例中，步驟s3包括：
21、對于任一分區執行以下步驟：
22、將該分區右側的邊界線以w/2為偏移距離向左側的邊界線進行多次偏移和復制，形成多個第一偏移線，直至復制形成的第一偏移線與該分區無交點；其中，w為預設值，w≤w，w為非爆開挖船的作業寬度；
23、刪除偶數次的第一偏移線；
24、以奇數次的第一偏移線為基準生成多個第一子分區，所述第一子分區呈矩形，第一子分區的長度為 l、寬度為w，其中， l為預設值，l≤l，l為非爆開挖船的作業長度；
25、將該分區左側的邊界線以w/2為偏移距離右側的邊界線進行多次偏移和復制，形成多個第二偏移線，直至復制形成的第二偏移線與該分區無交點；
26、刪除偶數次的第二偏移線；
27、以奇數次的第二偏移線為基準生成多個第二子分區，所述第二子分區呈矩形，第二子分區的長度為 l、寬度為w；
28、將與左側邊界線存在交點的第一子分區刪除，將與右側邊界線存在交點的第二子分區刪除，計算各個第二子分區的重合度，刪除重合度≥95%的第二子分區，將剩余的第一子分區和第二子分區作為該分區的最終子分區；
29、重合度的計算方法包括：對于任意一個第二子分區，計算該第二子分區與各個第一子分區的重合面積之和，計算該第二子分區的面積，重合度=該第二子分區與各個第一子分區的重合面積之和/該第二子分區的面積；
30、將每個子分區作為非爆開挖船一次作業所需完成的區域，根據最終子分區對非爆開挖船在該分區的作業路徑進行規劃。
31、在一些實施例中，步驟s3中，以奇數次的第一偏移線為基準生成多個第一子分區包括：
32、以第一根第一偏移線的起點e為中點作垂直于第一偏移線的垂線，垂線長度為w，以該垂線作為寬度，向第一偏移線終點方向生成長度為 l的第一子分區；
33、第一子分區與第一偏移線的交點分別為點e和點f，獲取點f所在的邊的中點g的坐標，計算線段ef和線段eg的夾角，以點e為旋轉中心，將第一子分區旋轉，使得線段ef和線段eg平行；
34、以點g作為中點作垂直于第一偏移線的垂線，按照第一子分區的生成方法進行第二子分區的生成，直至完成第一根第一偏移線上所有子分區的生成；
35、以第二根第一偏移線的起點為中點作垂直于第二根第一偏移線的垂線，按照第一根第一偏移線對應的子分區的生成方法進行第二根第一偏移線的子分區的生成，直至完成所有第一偏移線的子分區的生成。
36、在一些實施例中，根據最終子分區對非爆開挖船在該分區的作業路徑進行規劃包括：
37、以第一偏移線的起點作為非爆開挖船的起點；
38、以第一偏移線上的各個子分區的寬度對應的兩個邊的中點的連線向量作為非爆開挖船在第一偏移線上的各個子分區內的移動路徑，第一偏移線上的各個子分區的寬度對應的兩個邊的中點的連線向量的方向與第一偏移線的起點指向第一偏移線的終點的方向呈銳角或夾角為零，以第一偏移線的終點作為非爆開挖船在第一偏移線上的終點，形成非爆開挖船的第一移動路徑；
39、以第一偏移線的終點指向第二偏移線的起點的向量作為非爆開挖船從第一偏移線移動至第二偏移線的第一過渡路徑；
40、以第二偏移線上的各個子分區的寬度對應的兩個邊的中點的連線向量作為非爆開挖船在第二偏移線上的各個子分區內的移動路徑，第二偏移線上的各個子分區的寬度對應的兩個邊的中點的連線向量的方向與第二偏移線的起點指向第二偏移線的終點的方向呈銳角或夾角為零，以第二偏移線的起點作為非爆開挖船在第二偏移線上的起點，以第二偏移線的終點作為非爆開挖船在第二偏移線上的終點，形成非爆開挖船的第二移動路徑；
41、以第二偏移線的終點指向第三偏移線的起點的向量作為非爆開挖船從第二偏移線移動至第三偏移線的第二過渡路徑；
42、重復上述步驟，直至完成分區的所有移動路徑和過渡路徑的計算；
43、將第一移動路徑、第一過渡路徑、第二移動路徑、第二過渡路徑……依次連接，形成非爆開挖船在該分區的作業路徑。
44、在一些實施例中，根據開挖巖層的單軸抗壓強度確定w，若開挖巖層的單軸抗壓強度<15mpa，則w=w， l=l。
45、在一些實施例中，其特征在于，步驟s4包括：
46、非爆開挖船移動至第一個開挖區域的第一分區的第一個子分區，完成插樁后進行開挖作業，開挖作業范圍以非爆開挖船的最大作業范圍為準。
47、另一方面，本發明提供一種用于實現礙航河道水下智能開挖一體化疏浚方法的系統，包括：
48、測繪系統，用于航道開挖前的河床地形測繪；
49、任務管理系統，用于根據輸入的數字化開挖要求，結合測繪系統獲得的河床地形數據，計算各個坐標的開挖深度信息、計算開挖放量，自主生成開挖作業任務，規劃非爆開挖船作業軌跡；
50、裝備集群控制系統，用于接收任務管理系統的開挖作業任務，拆解具體開挖作業任務至工序級裝備控制指令并分發至各裝備群。
51、在一些實施例中，所述任務管理系統包括：
52、建模模塊，用于根據河床地形數據建立航道開挖作業三維地圖；
53、分區模塊，用于根據航道開挖作業三維地圖、單次移船最大移船距離以及航道曲率比，將航道開挖作業區域劃分為多個分區；
54、路徑規劃模塊，用于根據非爆開挖船作業覆蓋范圍進行非爆開挖船每個分區的作業路徑規劃；
55、計算模塊，用于計算各個坐標的開挖深度信息、計算開挖放量；
56、開挖作業任務生成模塊，用于根據作業路徑、各個坐標的開挖深度信息自動生成開挖作業任務。
57、本發明的有益效果為：
58、1.本發明根據航道寬度、曲率及巖層硬度靈活調整分區布置，適用于各種復雜航道條件。非爆開挖船以最大作業范圍施工，結合路徑規劃，最小化移船和插樁時間，顯著提升施工效率，降低人工成本。
59、2.本發明根據航道開挖作業三維地圖、單次移船最大移船距離以及航道曲率比，將航道開挖作業區域劃分為多個分區。通過考慮移船距離和航道曲率，分區大小得到合理控制，確保非爆開挖船在每個分區內能夠通過移船絞車快速移動至任意位置，減少了移船時間和能耗，提高了作業連續性。
60、3.本發明基于非爆開挖船作業覆蓋范圍，采用往返作業方式對每個分區進行作業路徑規劃。通過生成第一偏移線和第二偏移線，并刪除重合部分，優化子分區布局，減少了船舶艏向調整頻率，避免了作業盲區。
61、4.本發明系統集成測繪系統、任務管理系統、裝備集群控制系統和視頻監控系統，實現從地形測繪、任務生成、路徑規劃到開挖作業的全流程智能化和自動化。任務管理系統自動計算開挖深度和放量，生成開挖作業任務；裝備集群控制系統協同絞車、樁腿、旋挖裝備等，避免設備干涉，提高整體作業效率；視頻監控系統實時監控裝備狀態，保障施工安全。