一种浅水区水下地形测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提拱了一种浅水区水下地形测量装置及方法，该装置包括安置在浅水区附近已知控制点上的GNSS基准站、移动运行载体以及设置在所述移动运行载体上的工作台、GNSS移动站、IMU惯性测量单元、角度旋转编码器、探深杆以及数据存储芯片；所述探深杆伸入水下的一端固定金属球，且所述金属球与水下地形直接接触。本发明专利技术采用机械探深杆直接接触水下地形测量的方法，避免声学或光学水底测量时发生的数据异常，结合GNSS移动站、IMU惯性测量单元以及角度旋转编码器移动轨迹采集技术，动态获取水下地形数据，提高水下地形的测量精度和测量效率。

【技术实现步骤摘要】
一种浅水区水下地形测量装置及方法
本专利技术涉及水下地形测量领域，特别是涉及一种浅水区水下地形测量装置及方法。
技术介绍
水下地形测量是海洋测绘、航道测绘、湖泊测绘等工程测绘的重要作业内容。水下地形测量主要包括定位和测深两大部分。水上定位手段主要包括光学仪器定位、无线电定位、卫星定位和组合定位等；水上测深手段主要靠回声测深仪。对于浅水区水下地形测量，目前较为常用的方法包括：人工使用GNSSRTK和探杆进行单点定位探深，此方法作业效率低，人工成本高，且对人员安全及仪器设备安全威胁极大；或者采用声学测量方法，但此方法在浅水区容易受到干扰，在浅水区声学设备一旦离开水面，就无法得到正常数据，造成数据异常，测量精度低；或者采用移动式GNSSRTK和激光测距的的单点测量方法，此方法采集频率较低，且激光在浅水区复杂的水质情况下容易造成干扰，同样也会造成数据异常，测量精度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提拱了一种浅水区水下地形测量装置及方法，通过卫星定位与惯性导航技术进行水上移动轨迹采集，通过改进的机械探深杆直接接触水底地形，避免声学或光学水底测量时发生的数据异常，相比传统作业不仅提高了测量精度和测量效率，而且降低劳动强度和安全风险。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种浅水区水下地形测量装置，所述装置包括安置在浅水区附近已知控制点上的GNSS基准站、移动运行载体以及设置在所述移动运行载体上的工作台、GNSS移动站、IMU惯性测量单元、角度旋转编码器、探深杆以及数据存储芯片；所述探深杆伸入水下的一端固定金属球；所述数据存储芯片设置在所述IMU惯性测量单元的一侧；所述工作台的一端设有旋转轴承；所述探深杆与所述旋转轴承连接，且所述探深杆沿所述旋转轴承旋转；所述角度旋转编码器设置在所述旋转轴承的旋转中心上；所述角度旋转编码器用于采集所述探深杆的旋转角度；所述工作台与所述移动运行载体通过所述旋转轴承连接；在所述移动运行载体转弯或水平方向移动时，所述工作台与所述探深杆在水平方向上沿所述旋转轴承随所述移动运行载体运动；所述IMU惯性测量单元固定在所述工作台的另一端；所述IMU惯性测量单元上设有支撑杆；所述支撑杆的一端与所述IMU惯性测量单元固定连接，所述支撑杆的另一端与所述GNSS移动站固定连接。可选的，所述GNSS移动站的测量中心和所述IMU惯性测量单元的测量中心位于同一铅垂线上。可选的，所述旋转轴承、所述GNSS移动站以及所述IMU惯性测量单元固定为同一刚体。可选的，所述探深杆上带有刻度。可选的，所述探深杆为伸缩杆。可选的，所述GNSS移动站的采样频率大于等于1Hz。可选的，所述IMU惯性测量单元的采样频率大于等于200Hz。可选的，所述移动运行载体为橡皮艇、皮划艇或水陆两用车。本专利技术还提供了一种浅水区水下地形测量装置方法，所述方法包括：获取GNSS基准站数据、GNSS移动站数据以及移动运行载体的姿态数据；根据所述GNSS基准站数据、所述GNSS移动站数据以及所述移动运行载体的姿态数据，确定所述移动运行载体的移动轨迹；获取探深杆的旋转角度信息以及所述探深杆的长度信息；根据所述探深杆的旋转角度信息、所述探深杆的长度信息及所述移动运行载体的行走轨迹，确定所述探深杆与水下地形接触的金属球的移动轨迹。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提拱了一种浅水区水下地形测量装置及方法，该装置包括安置在浅水区附近已知控制点上的GNSS基准站、移动运行载体以及设置在所述移动运行载体上的工作台、GNSS移动站、IMU惯性测量单元、角度旋转编码器、探深杆以及数据存储芯片；所述探深杆伸入水下的一端固定金属球，且所述金属球与水下地形直接接触；所述工作台的一端设有旋转轴承；所述探深杆与所述旋转轴承连接，且所述探深杆沿所述旋转轴承旋转；所述角度旋转编码器设置在所述旋转轴承的旋转中心上；所述角度旋转编码器用于采集所述探深杆的旋转角度；所述IMU惯性测量单元固定在所述工作台的另一端；所述IMU惯性测量单元上设有支撑杆；所述支撑杆的一端与所述IMU惯性测量单元固定连接，所述支撑杆的另一端与所述GNSS移动站固定连接。本专利技术采用机械探深杆直接接触水下地形测量的方法，避免声学或光学水底测量时发生的数据异常，结合GNSS移动站、IMU惯性测量单元以及角度旋转编码器移动轨迹采集技术，动态获取移动轨迹下方的地形数据，提高水下地形的测量精度和测量效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例浅水区水下地形测量装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例浅水区水下地形测量方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提拱了一种浅水区水下地形测量装置及方法，通过卫星定位与惯性导航技术进行水上移动轨迹采集，通过机械探杆直接接触水底地形，避免声学或光学水底测量时发生的数据异常，相比传统作业不仅提高了测量精度和测量效率，而且降低劳动强度和安全风险。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。先对专业名称进行解释。角度旋转编码器：将机械转动或角位移转换为电信号输出的传感器，记录角度真实变化量。GNSS：全球卫星导航系统或全球导航卫星系统(英文：GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GNSS)。IMU：惯性测量单元(英文：Inertialmeasurementunit，简称IMU)是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置，并以此解算出物体的姿态。图1为本专利技术实施例浅水区水下地形测量装置的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提拱的浅水区水下地形测量装置包括安置在浅水区附近已知控制点上的GNSS基准站、移动运行载体以及设置在所述移动运行载体上的工作台1、GNSS移动站2、IMU惯性测量单元3、角度旋转编码器4、探深杆5以及数据存储芯片6。将GNSS基准站架设在陆地控制点上并与GNSS移动站2同时接收卫星数据。IMU惯性测量单元3用于获取移动运行载体的姿态数据。所述探深杆5伸入水下的一端固定金属球7；所述数据存储芯片6设置在所述IMU惯性测量单元3的一侧。所述工作台1的一端设有旋转轴承8；所述探深杆5与所述旋转轴承8连接，且所述探深杆5沿所述旋转轴承8旋转。所述角度旋转编码器4设置在所述旋转轴承8的旋转中心上。所述探深杆5可绕所述角度旋转编码器4的同心转动，在移动测量的过程中，水下地形的改变或水上载体状态改变都将使所述探深杆5不离开水底而使相对于工作台1的角度量发生改变。所述角度旋转编码器4用于采集所述探深杆5的旋转角度。所述工作台1与所述移动运行载体通过所述旋转轴承8连接；在所述移动运行载体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅水区水下地形测量装置，其特征在于，所述装置包括安置在浅水区附近已知控制点上的GNSS基准站、移动运行载体以及设置在所述移动运行载体上的工作台、GNSS移动站、IMU惯性测量单元、角度旋转编码器、探深杆以及数据存储芯片；所述探深杆伸入水下的一端固定金属球；所述数据存储芯片设置在所述IMU惯性测量单元的一侧；所述工作台的一端设有旋转轴承；所述探深杆与所述旋转轴承连接，且所述探深杆沿所述旋转轴承旋转；所述角度旋转编码器设置在所述旋转轴承的旋转中心上；所述角度旋转编码器用于采集所述探深杆的旋转角度；所述工作台与所述移动运行载体通过所述旋转轴承连接；在所述移动运行载体转弯或水平方向移动时，所述工作台与所述探深杆在水平方向上沿所述旋转轴承随所述移动运行载体运动；所述IMU惯性测量单元固定在所述工作台的另一端；所述IMU惯性测量单元上设有支撑杆；所述支撑杆的一端与所述IMU惯性测量单元固定连接，所述支撑杆的另一端与所述GNSS移动站固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种浅水区水下地形测量装置，其特征在于，所述装置包括安置在浅水区附近已知控制点上的GNSS基准站、移动运行载体以及设置在所述移动运行载体上的工作台、GNSS移动站、IMU惯性测量单元、角度旋转编码器、探深杆以及数据存储芯片；所述探深杆伸入水下的一端固定金属球；所述数据存储芯片设置在所述IMU惯性测量单元的一侧；所述工作台的一端设有旋转轴承；所述探深杆与所述旋转轴承连接，且所述探深杆沿所述旋转轴承旋转；所述角度旋转编码器设置在所述旋转轴承的旋转中心上；所述角度旋转编码器用于采集所述探深杆的旋转角度；所述工作台与所述移动运行载体通过所述旋转轴承连接；在所述移动运行载体转弯或水平方向移动时，所述工作台与所述探深杆在水平方向上沿所述旋转轴承随所述移动运行载体运动；所述IMU惯性测量单元固定在所述工作台的另一端；所述IMU惯性测量单元上设有支撑杆；所述支撑杆的一端与所述IMU惯性测量单元固定连接，所述支撑杆的另一端与所述GNSS移动站固定连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述GNSS移动站的测量中心和所述IMU惯性测量单元的测量中心位于同一铅垂线上。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王留召，蔡海永，钟若飞，张富杰，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11