基于边缘计算的异物收集装备定位轨迹模拟方法及系统

本发明涉及轨迹模拟，具体为基于边缘计算的异物收集装备定位轨迹模拟方法及系统。

背景技术：

1、异物收集装备‌是一种专门设计用于收集和处理各种异物的设备或工具，它们的应用范围广泛，包括但不限于农业、海洋牧场、食品加工以及户外探索等领域；这些装备通常具备特定的功能和技术，以确保高效、准确地收集和处理异物；定位轨迹模拟‌是一种允许用户更改或模拟其在不同地点之间的移动路径的技术；这种技术可以设置起点和终点，然后模拟这两点之间的移动，可在进行异物收集时模拟异物收集装备的移动轨迹，从而提高异物收集的效率。

2、现有的用于异物收集装备的定位方面的方法，通常是通过北斗设备对异物采集装备进行定位，通过获取收集装备与卫星之间的距离以及发送时间戳信号，从而对异物采集装备进行定位，这种采集方法虽能提高异物采集，但当异物采集装备在水下进行采集时，仅使用北斗设备通过获取异物采集装备的实时位置仅能对异物采集装备进行定位，而无法在异物采集装备在海洋内进行采集时获取海洋内的水流的流速数据，这会导致无法判断待采集的物体在海洋内的大致方向，从而造成仅能定位但无法对异物采集设备的定位轨迹进行模拟，进而有效提高异物收集效率的问题，比如在公开号为cn117970400a的中国专利中，公开了基于北斗的海洋牧场异物收集装备定位方法及系统，该方案就是用于解决现有的装备定位技术还存在过度依赖通讯基站以及在进行卫星定位时习惯采用单卫星定位，导致定位信息的误差较大的问题，而其他的用于异物收集装备的定位方面的改进，通常是采用其他定位设备对异物采集装备的定位进行优化，无法在海洋内进行采集时获取海洋内的水流的流速数据，无法判断待采集的物体在海洋内的大致方向，无法对异物采集设备的定位轨迹进行模拟，导致异物收集效率较低的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一，通过提出基于边缘计算的异物收集装备定位轨迹模拟方法及系统，用于解决现有的异物采集装备的定位优化方面无法在海洋内进行采集时获取海洋内的水流的流速数据，无法判断待采集的物体在海洋内的大致方向，无法对异物采集设备的定位轨迹进行模拟，导致异物收集效率较低的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供基于边缘计算的异物收集装备定位轨迹模拟方法，包括如下步骤：

3、将进行异物打捞时海面上放入异物收集装备的点记为装备打捞点，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体，其中，水下数据包括水底到装备打捞点之间的距离以及水下水流的流速；

4、基于打捞圆柱体搭建水下模拟环境，并使用异物收集装备在水下模拟环境中进行模拟，基于模拟结果获取打捞圆柱体内部的边缘辅助点，并基于边缘辅助点在装备打捞点下方的海洋内放置传感器，其中，传感器用于探测周围海水内的异物；

5、当使用异物收集装备进行异物收集时，由装备打捞点放入异物收集装备并基于传感器对异物收集装备的位置数据进行实时获取，基于获取到的数据对异物收集装备的轨迹进行模拟。

6、进一步地，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体包括：

7、建立平面直角坐标系，记为流速分析坐标系，其中，流速分析坐标系的x轴的单位为流速，y轴的单位为米；将水下数据中水底到装备打捞点之间的距离记为l，并由装备打捞点垂直向下放入流速检测仪，其中，流速检测仪用于检测装备打捞点正下方水流的流速；

8、基于流速检测仪的流速检测结果以及流速检测仪距离装备打捞点正下方水底之间的距离在流速分析坐标系内绘制散点图，并将得到的所有点由上至下依次记为掉落点dl1至掉落点dlc；

9、对于任意一个掉落点dl，将掉落点dl的横坐标记为掉落点dl的掉落速度。

10、进一步地，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体还包括：

11、建立平面直角坐标系，记为掉落分析坐标系，其中，掉落分析坐标系的x轴的单位为秒，y轴的单位为米；将所有掉落点dl中相邻的掉落点记为掉落分析组，并基于掉落分析组中掉落点dl的序号之和由小至大将所有掉落分析组依次记为分析组fx1至分析组fxc-1，其中，分析组fx1内的掉落点dl为掉落点dl1以及掉落点dl2，分析组fx2内的掉落点dl为掉落点dl2以及掉落点dl3，以此类推。

12、进一步地，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体还包括：

13、基于分析组fx的序号依次对分析组使用掉落分析方法进行分析，掉落分析方法为：对于任意一个分析组fxc1，当c1为1时，将分析组fxc1的起始点设置为坐标原点，当分析组fxc1不为1时，将分析组fxc1的起始点设置为分析组fxc1-1的终止点；

14、将分析组fxc1中两个掉落点dl对应的流速检测结果在获取时的时间间隔记为掉落间隔时间，将起始点的横坐标与掉落间隔的和记为t，将掉落分析坐标系内的直线x=t记为终止纵线；

15、将分析组fxc1中序号较小的掉落点dl的掉落速度记为起始速度，将起始速度与掉落间隔时间的乘积记为p，将起始点的纵坐标与p的和记为r，将掉落分析坐标系内的直线y=r记为终止横线，将终止横线与终止纵线的交点记为分析组fxc1的终止点；将分析组fxc1的起始点与终止点的连线记为分析组fxc1的掉落子线dzc1；

16、获取所有分析组fx对应的掉落子线dz，并将所有掉落子线dz构成的折线记为掉落折线。

17、进一步地，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体还包括：

18、建立空间坐标系，其中，空间坐标系的x轴、y轴以及z轴的单位均为m；将掉落折线的最右侧点所在的与y轴平行的直线记为横向校准直线；将掉落折线放入空间坐标系的z-x平面内，其中，掉落折线的x轴与空间坐标系的z轴重合且横向校准直线处于x-y平面内；

19、空间坐标系内：将掉落折线的最高点记为水平点，当水平点的z坐标不等于l时，将掉落折线沿z轴进行等比例缩放，使水平点的z坐标等于l；以z轴为轴，旋转掉落折线，将得到的不规则圆锥记为打捞边缘圆锥；将打捞边缘圆锥底边上任意一点与坐标原点之间的距离记为r；以坐标原点和（0,0，l）为底面中心，r为底面半径，l为高所做的圆柱体记为打捞圆柱体。

20、进一步地，基于打捞圆柱体搭建水下模拟环境，并使用异物收集装备在水下模拟环境中进行模拟，基于模拟结果获取打捞圆柱体内部的边缘辅助点包括：

21、基于装备打捞点处海水的成分以及流速检测仪的流速检测结果搭建海洋模拟环境，并在海洋模拟环境内获取大小为打捞圆柱体的区域，记为打捞模拟区域，其中，打捞模拟区域对应的圆柱体的两个底面分别与海洋模拟环境的表面以及底面重合；

22、将使用异物收集装备进行收集的异物分别记为打捞异物dy1至打捞异物dyu，对于任意一个打捞异物dyu1，将打捞异物dyu1由打捞模拟区域的表面的中点放入，并基于打捞异物dyu1在打捞模拟区域内的轨迹在空间坐标系内的打捞圆柱体中进行实时绘制，并将绘制得到的曲线记为下沉曲线xcu1；当下沉曲线与打捞边缘圆锥相交时，将下沉曲线与打捞边缘圆锥的交点记为下沉分歧点并将打捞异物dyu1记为偏移异物，当下沉曲线未与打捞边缘相交时，将打捞异物dyu1记为垂沉异物。

23、进一步地，基于打捞圆柱体搭建水下模拟环境，并使用异物收集装备在水下模拟环境中进行模拟，基于模拟结果获取打捞圆柱体内部的边缘辅助点还包括：

24、对打捞异物dyu1进行k次放入，当k次放入后打捞异物dyu1均未被记为偏移异物时，将打捞异物dyu1记为完全下沉异物；当k次放入后打捞异物dyu1存在被记为偏移异物时，使用偏移分析算法获取打捞异物dyu1对应的边缘辅助点的坐标，其中，偏移分析算法为：，其中，点（x0，y0，z0）为打捞异物dyu1对应的边缘辅助点，xi为打捞异物dyu1对应的第i个下沉分歧点的横坐标，xmin为打捞异物dyu1对应的所有下沉分歧点的横坐标的最小值，xmax为打捞异物dyu1对应的所有下沉分歧点的横坐标的最大值，yi为打捞异物dyu1对应的第i个下沉分歧点的纵坐标，ymin为打捞异物dyu1对应的所有下沉分歧点的纵坐标的最小值，ymax为打捞异物dyu1对应的所有下沉分歧点的纵坐标的最大值，zi为打捞异物dyu1对应的第i个下沉分歧点的z轴坐标，zmin为打捞异物dyu1对应的所有下沉分歧点的z轴坐标的最小值，zmax为打捞异物dyu1对应的所有下沉分歧点的z轴坐标的最大值。

25、进一步地，基于边缘辅助点在装备打捞点下方的海洋内放置传感器包括：

26、当打捞异物dyu1被记为偏移异物的次数大于等于k/2时，将边缘辅助点记为硬性边缘点，当打捞异物dyu1被记为偏移异物的次数小于k/2时，将边缘辅助点记为缓性边缘点；将打捞异物dyu1被记为偏移异物的次数除以k的值记为边缘比例；

27、将能够放置的传感器的数量记为g，对所有打捞异物dy进行分析并获取所有硬性边缘点以及缓性边缘点，当硬性边缘点的数量等于g时，将所有硬性边缘点均记为传感安装点，当硬性边缘点的数量大于g时，将所有硬性边缘点中边缘比例较大的g个硬性边缘点记为传感安装点，当硬性边缘点的数量小于g时，将g减去硬性边缘点的数量的值记为g1，将所有硬性边缘点以及边缘比例较大的g1个缓性边缘点记为传感安装点；

28、将打捞模拟区域的表面的中点与装备打捞点相对应，并在装备打捞点下方海洋内所有传感安装点的对应位置处安装传感器。

29、进一步地，由装备打捞点放入异物收集装备并基于传感器对异物收集装备的位置数据进行实时获取，基于获取到的数据对异物收集装备的轨迹进行模拟包括：

30、当进行异物收集时，对于任意一个传感器，基于传感器获取到的异物所在的位置在空间坐标系内进行标点，当任意两个传感器的标点重合时，将重合的点记为异物所在点；

31、在空间坐标系内，将点（0，0，l）记为异物收集装备的抓取起点，将异物所在点记为异物收集装备的抓取终点，基于抓取起点以及抓取终点对异物收集装备的轨迹进行模拟。

32、第二方面，本技术还提供基于边缘计算的异物收集装备定位轨迹模拟系统，包括打捞分析模块、异物模拟模块以及异物抓取模块；

33、打捞分析模块用于将进行异物打捞时海面上放入异物收集装备的点记为装备打捞点，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体，其中，水下数据包括水底到装备打捞点之间的距离以及水下水流的流速；

34、异物模拟模块用于基于打捞圆柱体搭建水下模拟环境，并使用异物收集装备在水下模拟环境中进行模拟，基于模拟结果获取打捞圆柱体内部的边缘辅助点，并基于边缘辅助点在装备打捞点下方的海洋内放置传感器，其中，传感器用于探测周围海水内的异物；

35、异物抓取模块用于当使用异物收集装备进行异物收集时，由装备打捞点放入异物收集装备并基于传感器对异物收集装备的位置数据进行实时获取，基于获取到的数据对异物收集装备的轨迹进行模拟。

36、本发明的有益效果：本发明首先将进行异物打捞时海面上放入异物收集装备的点记为装备打捞点，基于装备打捞点以及水下数据在空间坐标系内建立打捞圆柱体，这样的好处在于，通过基于装备打捞点以及水下数据获取打捞圆柱体，能够基于海洋内部的水下数据获取待收集的异物从装备打捞点掉落后能够掉落的范围，同时打捞圆柱体内的打捞边缘圆锥能够对异物所在的大致位置进行更加精确的框选，有助于缩短后续放置的传感器与异物之间的距离，从而对异物进行更加精确的定位，通过对异物进行更加精确的定位，有助于对异物采集装备的定位轨迹进行模拟，进而对异物采集装备进行定位的同时提高异物收集效率；

37、本发明还通过基于打捞圆柱体搭建水下模拟环境，并使用异物收集装备在水下模拟环境中进行模拟，基于模拟结果获取打捞圆柱体内部的边缘辅助点，并基于边缘辅助点在装备打捞点下方的海洋内放置传感器；最后由装备打捞点放入异物收集装备并基于传感器对异物收集装备的位置数据进行实时获取，基于获取到的数据对异物收集装备的轨迹进行模拟，这样的好处在于，通过获取边缘辅助点，能够得到海洋内距离待收集的异物较近的位置，从而确保传感器的放置位置能够对异物进行更加精确的定位，在异物采集装备下水采集时提高异物收集效率。