一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置及方法，装置的转接支架固定在无人船上，转接支架上部连接GPS测量仪，转接支架下部连接精密角度转盘，精密角度转盘通过转接法兰盘连接待检声学多普勒流速剖面仪，两台高速摄像机连线平行于试验水池长边且远离试验水池设置。本发明专利技术的有益效果：无人船带ADCP沿航迹线往返航行测量航道流速，高速摄像机、量值可溯源的全站仪设备计量测量段内ADCP平均速度作为参考标准值与ADCP流速示值比对，进行流速参数校准；通过精密角度转盘，调节ADCP指示方向与航行方向夹角，测绘无人船运动轨迹和偏航误差，计算流向参考标准值，与ADCP流向示值进行比对，进行流向参数校准。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置及方法
本专利技术属于水文测量仪器计量
，尤其涉及水运工程领域一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置及方法。
技术介绍
声学多普勒测流技术是上世纪八十年代测流技术的重大突破，声学多普勒流速剖面仪(ADCP)即为采用此原理进行海流观测的新型仪器。相对于以机械动力为基础的流速传感器，声学多普勒流速剖面仪(ADCP)无需启动流速，可以在不干扰流场的前提下，高精度、快速地测出大范围内的三维流速，因此目前被广泛用于水运工程建设，水文环境监测，海洋、河口的流场结构调查，港口航道流速和流量测验等，其测量结果及相关技术得到了相关工作者的认同。然而，长时间作业环境的变化，将导致仪器自身性能的改变，致使仪器的测量结果出现较大偏差。因此，定期对仪器的流速、流向计量性能进行校准/测试尤为重要。目前我国尚未针对声学多普勒流速剖面仪(ADCP)专门建设大型的校准试装置，声学多普勒流速剖面仪(ADCP)校准主要分为室内流速水槽校准和室外航行校准。由于声学多普勒流速剖面仪(ADCP)频率范围的拓展和分层流速的检验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于包括试验水池、无人船、转接支架、GPS测量仪、第一高速摄像机、第二高速摄像机、全站仪、精密角度转盘，所述转接支架固定在所述无人船上，转接支架上部连接所述GPS测量仪，所述精密角度转盘通过所述转接法兰盘连接待检声学多普勒流速剖面仪，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机光学中心连线平行于所述试验水池长边且远离所述试验水池设置，所述全站仪位于所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机光学中心连线远离所述试验水池一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于包括试验水池、无人船、转接支架、GPS测量仪、第一高速摄像机、第二高速摄像机、全站仪、精密角度转盘，所述转接支架固定在所述无人船上，转接支架上部连接所述GPS测量仪，所述精密角度转盘通过所述转接法兰盘连接待检声学多普勒流速剖面仪，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机光学中心连线平行于所述试验水池长边且远离所述试验水池设置，所述全站仪位于所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机光学中心连线远离所述试验水池一侧。


2.根据权利要求1所述的一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机的光学中心轴线均垂直于所述试验水池的长边侧。


3.根据权利要求2所述的一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于所述GPS测量仪、所述精密角度转盘、所述转接法兰盘和所述待检声学多普勒流速剖面仪的轴线重合；
优选地，所述无人船的尺寸为长1.5m×宽0.4m×高0.3m，所述无人船的最高运行速度为5m/s。


4.根据权利要求1、2或3所述的一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于所述试验水池按照所述无人船的运行状态分为加速段、测量段和减速段，所述加速段的长度不小于所述无人船由静止状态加速到最高速度时所行驶过的距离，所述减速段的长度不小于所述无人船由最高速度减速至静止状态时行驶过的距离，所述测量段作为所述待检声学多普勒流速剖面仪的流速参数校准的检测区域，所述测量段长度不小于所述无人船以最高运行速度匀速行驶30s所行驶过的距离；
所述试验水池为规则的半封闭长方体船闸，长180m，宽25m，深10m，所述试验水池为有悬浮物质、分层流场的稳定试验场地。


5.根据权利要求1、2或3所述的一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于所述试验水池两短边壁中点连线作为所述无人船行驶的航迹线，所述航迹线平行于所述试验水池的长边壁。


6.根据权利要求1、2或3所述的一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机选用同型号高速摄像机，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机帧速率达到30fps以上，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机各自视场范围内设置所述无人船驶入和驶出的触发线，进入所述第一高速摄像机视场范围的驶入触发线与所述试验水池内选取的所述无人船进入所述测量段的边界线重合，离开所述第二高速摄像机视场范围的驶出触发线与所述试验水池内选取的所述无人船离开所述测量段的边界线重合，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机的视场大小均应保证所述无人船在各高速摄像机的触发区域内能够以最高运行速度匀速运行3s以上。


7.一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准方法，其特征在于包括流速校准方法和流向校准方法，流速校准方法是指由无人船带动待检声学多普勒流速剖面仪沿水池短边中线即航迹线往返航行测量航道流速，第一高速摄像机、第二高速摄像机、量值可溯源的全站仪设备计量测量段内待检声学多普勒流速剖面仪的平均速度，将此平均速度作为参考标准值与待检声学多普勒流速剖面仪流速示值比对，进行流速参数校准；
流向校准方法通过加工量值可溯源的精密角度转盘，调节待检声学多普勒流速剖面仪指示方向与航行方向夹角，测绘无人船运动轨迹和偏航误差，计算流向参考标准值，与待检声学多普勒流速剖面仪流向示值进行比对，进行流向参数校准。


8.根据权利要求7所述的一种基于无人船的声学多普勒流速剖面仪校准装置，其特征在于所述流速校准方法具体包括如下步骤：
步骤1：通过转接法兰盘将待检声学多普勒流速剖面仪安装到所述无人船的底部，调节所述待检声学多普勒流速剖面仪零度指示标志与精密角度转盘零度指示标志重合，与所述待检声学多普勒流速剖面仪换能器连接的通讯电缆接入所述无人船的电子水密舱，平稳吊放所述无人船至所述试验水池；
步骤2：正常启动所述无人船、所述待检声学多普勒流速剖面仪和所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机，基于所述GPS测量仪的秒脉冲建立所述无人船、所述待检声学多普勒流速剖面仪换能器和所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机的时间同步基准；
步骤3：所述全站仪放样两条180m等长且平行的虚拟直线，其中，一条直线与所述试验水池的长边侧平行且通过所述试验水池的两短边侧中点作为所述无人船行驶的设定航迹线，另一条直线位于所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机一侧作为计量标准线；
步骤4：根据所述试验水池的长度和所述无人船的最高行驶速度将所述试验水池的长边侧划分为加速段、测量段、减速段，各段分隔点的绝对坐标由所述全站仪放样的计量标准线确定，记录与计量标准线对应的设定航迹线上测量段的起始点与终止点绝对坐标值，将其输入到所述无人船平台系统控制软件中进行航线指令编辑；
步骤5：在所述测量段的起始位置和终止位置分别安装所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄像机的光学中心轴线均垂直于所述试验水池的长边侧，所述第一高速摄像机和所述第二高速摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳义成，李绍辉，曹玉芬，韩鸿胜，窦春晖，赵晖，曹媛媛，周振杰，高术仙，张旭，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12