一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法技术

本发明专利技术提供了一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，包括测量装置，测量装置包括测量车，测量车上设置有GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器。该方法首先通过经纬仪建立空间直角坐标系，然后利用空间前方交会测量原理标定传感器及测量车车身的空间坐标，计算出传感器及测量车车身的相位中心，然后将各传感器的相位中心坐标转换到测量车车身坐标系下，实现了单波束与拖曳测量数据一致性检校，解决了海洋与陆地连接处的潮间带无法获取地形信息的问题。

A method for consistency checking of single-beam and towed bathymetric data

【技术实现步骤摘要】
一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法
本专利技术属于移动测量数据处理领域，具体涉及一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法。
技术介绍
随着中国海洋战略的提出，以及海洋经济发展的要求，人们在生产建设过程中迫切需要获取更丰富全面的水陆一体化信息。传统的水深测量系统可以很好的测绘出水下地形，激光扫描仪可以获取地面空间位置信息，但是处于水下与地面连接处的潮间带，使用这两种方法都不能很好的得到数据。将激光雷达、GNSS、单波束测深系统以及拖曳测量系统一体化集成，依托车辆船只等移动平台，构成了较为完备的移动测量系统，发展了一种新型水陆一体化信息获取集成型技术系统，解决了海洋与陆地连接处的潮间带无法获取地形信息的问题。
技术实现思路
针对现实技术中存在的问题，本专利技术提出了单波束水深测量系统和浅滩拖曳测量系统的相对空间位置关系标定方法，并结合坐标转换方法，实现了单波束与拖曳水深测量数据的一致性检校。本专利技术采用以下的技术方案：一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，包括测量装置，测量装置包括测量车，测量车上设置有GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器；检校方法具体包括以下步骤：步骤1：采用定向测量，确定两个经纬仪之间的相对位置，以此建立空间直角坐标系；步骤2：利用空间前方交会测量原理，分别标定测量车车身、GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的多个空间坐标；步骤3：采用数学方法分别计算测量车车身、GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的相位中心；步骤4：根据步骤3中各传感器的相位中心解算出平移参数，再把各传感器的相位中心坐标转换到测量车车身坐标系下。优选地，步骤1具体包括以下子步骤：步骤1.1：通过内觇标法准确确定两个经纬仪间的起始方位值，为水平角计算提供基准；步骤1.2：莱卡TM5100A仪器内带有内觇标，通过照准内觇标来直接确定起始方向，用经纬仪的两个度盘位置对内觇标进行观测，取中数；步骤1.3：绝对定向给出经纬仪测量的尺度基准；步骤1.4：以一个经纬仪的测量中心O为空间直角坐标系坐标原点，Z轴过原点，铅直向上；X轴为两仪器中心的连线在水平面上的投影；Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。优选地，步骤2具体包括：设左经纬仪为A，右经纬仪为B，左右经纬仪的水平基线为b，OXYZ为坐标系，其中坐标系原点O为左经纬仪A的测量中心，X轴为A、B经纬仪中心连线在水平方向的投影，Y轴为左经纬仪A的竖轴，按右手法则建立Z轴；左经纬仪A和右经纬仪B之间的高差为hAB；设经纬仪A的坐标系为(0,0,0)，则经纬仪B的坐标为(b，0，hAB)；假设P点为空间中任意一点，系统测量该点时，经纬仪A的水平角是αA，垂直角是VAP，经纬仪B的水平角是αB，垂直角是VBP；由空间三角关系导出P(Xp，Yp，Zp)的坐标为：GNSS接收机的空间坐标：选择两台经纬仪都能够清晰看到的多个GNSS接收机护圈位置点，利用公式(1)，得出这些点的空间坐标；单波束测深仪换能器的空间坐标：单波束测深仪换能器底面平面为一个圆，选取底面平面多个可以观测的圆周点，利用公式(1)，得出这些点的空间坐标；拖曳测量系统编码器的空间坐标：拖曳测量系统编码器始端平面是一个圆，选择始端平面外圆周上多个点，利用公式(1)，得出这些点的空间坐标；测量车车身的空间坐标：选择两台经纬仪清晰看到的车身的三个角点，利用公式(1)，获得车身三点的空间坐标。优选地，步骤3具体包括以下子步骤：GNSS接收机的空间坐标、单波束测深仪换能器的空间坐标和拖曳测量系统编码器的空间坐标，计算出它们的相位中心方法一致，计算GNSS接收机的相位中心如下：观测点向拟合平面投影将观测数据，根据最小二乘原则拟合成平面；将观测的GNSS接收机的点投影至拟合平面，三维空间平面方程公式如下：Ax+By+Cz+D＝0(2)过点到平面的垂足记为(x,y,z)，则直线与平面的法向量平行，直线的参数方程为：其中A、B、C为平面方程系数，x、y、z为投影平面点坐标，xi、yi、zi为观测点坐标，将公式(3)带入(2)中可得：其中t为观测点坐标到投影面坐标的平移参数；再将t带入直线的参数方程(3)中就求出了投影点坐标x，y，z；平面拟合圆投影到同一平面后，上述投影点近似的落在一个圆上，根据这些数据估计这个圆的圆心和半径，平面拟合圆的方法使用最小二乘；圆的方程为：其中：A、B、C为平面方程系数，x、y、z为投影平面点坐标，x0、y0为拟合圆心坐标，R为拟合圆半径；根据式(6)列观测误差方程：vi＝eidx0+fidy0-dR-li(7)其中vi为改正数，ei、fi为观测值的系数矩阵值，d为圆方程对x0、y0求的偏导数，li误差方程常数项；通过最小二乘平差计算，结合拟合的平面方程公式，求得最佳拟合圆心坐标(x0,y0,z0)，以及半径R；根据GNSS接收机设计说明，需要将拟合圆心沿法线方向向上平移指定距离，即可得到天线相位中心；利用上述过程继续求得单波束测深仪换能器的相位中心和拖曳测量系统编码器的相位中心；利用空间前方交会原理，获得车身三点空间坐标，利用数学几何，算出车身的中心坐标。优选地，所述步骤4具体为：各传感器通过标定，相位中心都有了在工业测量坐标系下的三维坐标，通过坐标转换，使GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的相位中心坐标转换到车身坐标系下。本专利技术具有的有益效果是：本专利技术提供的单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，首先通过经纬仪建立空间直角坐标系，然后利用空间前方交会测量原理标定传感器及测量车车身的空间坐标，计算出传感器及测量车车身的相位中心，然后各传感器的坐标转换到测量车车身坐标系下，实现了单波束与拖曳测量数据一致性检校，解决了海洋与陆地连接处的潮间带无法获取地形信息的问题。附图说明图1为经纬仪测量原理图。图2为本专利技术的流程框图。图3为本专利技术的测量装置的坐标系示意图。图4为本专利技术提供的标定GNSS接收机相位中心示意图。图5为本专利技术提供的标定单波束测深仪换能器相位中心示意图。图6为本专利技术提供的标定拖曳测量系统编码器相位中心示意图。图7为本专利技术提供的标定测量车车身坐标系中心示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步说明：结合图1至图7，一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，包括测量装置，测量装置包括测量车，测量车上设置有GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器。检校方法具体包括以下步骤：步骤1：采用定向测量，确定两个经纬仪之间的相对位置，以此建立空间直角坐标系；具体的，步骤1具体包括以下子步骤：步骤1.1：通过内觇标法准确确定两经纬仪间的起始方位值，为水平角计算提供基准。对无法安装内觇标的仪器，可在物镜前方粘贴一个外觇标，通过外觇标法也可行的简易直接测定方法；另外，也可采用十字丝法。由于经纬仪的十字丝是处在物镜的焦平面上，因此仪器互瞄十字丝时，两台经纬仪的望远镜焦距都要调焦到无穷远的位置，此时的望远镜实际上是一个平行光管。两台经纬仪互瞄十字丝后，实现了两台经纬仪视准轴的互相平行，而不是重合，与两仪器的中心存在一个微小的夹角。步骤1.2：莱卡TM5100A仪器内带有内觇标，通过照准内觇标来直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，其特征在于，包括测量装置，测量装置包括测量车，测量车上设置有GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器；检校方法具体包括以下步骤：步骤1：采用定向测量，确定两个经纬仪之间的相对位置，以此建立空间直角坐标系；步骤2：利用空间前方交会测量原理，分别标定测量车车身、GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的多个空间坐标；步骤3：采用数学方法分别计算测量车车身、GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的相位中心；步骤4：根据步骤3中各传感器的相位中心解算出平移参数，再把各传感器的相位中心坐标转换到测量车车身坐标系下。

【技术特征摘要】
1.一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，其特征在于，包括测量装置，测量装置包括测量车，测量车上设置有GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器；检校方法具体包括以下步骤：步骤1：采用定向测量，确定两个经纬仪之间的相对位置，以此建立空间直角坐标系；步骤2：利用空间前方交会测量原理，分别标定测量车车身、GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的多个空间坐标；步骤3：采用数学方法分别计算测量车车身、GNSS接收机、单波束测深仪换能器和拖曳测量系统编码器的相位中心；步骤4：根据步骤3中各传感器的相位中心解算出平移参数，再把各传感器的相位中心坐标转换到测量车车身坐标系下。2.根据权利要求1所述的一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，其特征在于，步骤1具体包括以下子步骤：步骤1.1：通过内觇标法准确确定两个经纬仪间的起始方位值，为水平角计算提供基准；步骤1.2：莱卡TM5100A仪器内带有内觇标，通过照准内觇标来直接确定起始方向，用经纬仪的两个度盘位置对内觇标进行观测，取中数；步骤1.3：绝对定向给出经纬仪测量的尺度基准；步骤1.4：以一个经纬仪的测量中心O为空间直角坐标系坐标原点，Z轴过原点，铅直向上；X轴为两仪器中心的连线在水平面上的投影；Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。3.根据权利要求1所述的一种单波束与拖曳水深测量数据一致性检校方法，其特征在于，步骤2具体包括：设左经纬仪为A，右经纬仪为B，左右经纬仪的水平基线为b，OXYZ为坐标系，其中坐标系原点O为左经纬仪A的测量中心，X轴为A、B经纬仪中心连线在水平方向的投影，Y轴为左经纬仪A的竖轴，按右手法则建立Z轴；左经纬仪A和右经纬仪B之间的高差为hAB；设经纬仪A的坐标系为(0,0,0)，则经纬仪B的坐标为(b，0，hAB)；假设P点为空间中任意一点，系统测量该点时，经纬仪A的水平角是αA，垂直角是VAP，经纬仪B的水平角是αB，垂直角是VBP；由空间三角关系导出P(Xp，Yp，Zp)的坐标为：GNSS接收机的空间坐标：选择两台经纬仪都能够清晰看到的多个GNSS接收机护圈位置点，利用公式(1)，得出这些点的空间坐标；单波束测深仪换能器的空间坐标：单波束测深仪换能器底面平面为一个圆，选取底面平面多个可以观测的圆周点，利用公式(1)，得出这些点的空间坐标；拖曳...

【专利技术属性】
技术研发人员：石波，俞家勇，田茂义，卢秀山，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37