一种实时动态水深测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实时动态水深测量系统，包括岸上服务器和水上移动式水深测量平台，在平台上搭载有测深杆、测深仪、GNSS接收机和北斗短报文+移动互联网双路通讯模块，利用基于北斗地基/星基增强系统的实时动态厘米级GNSS定位，融合北斗地基/星基增强、多星座定位、IMU姿态等数据，经差分改正和倾斜补偿后实时计算出测深仪换能器底部中心的精确空间位置，并采用换能器所测水深数据进行同步叠加改正，得到水底大地高，经由北斗全球短报文通信和移动互联网向岸上服务器双路播发遥测数据，该遥测数据经转换获得当地深度基准面上水深值。本发明专利技术实现了水深测量的实时动态获取，且不需要进行水位改正，明显提高了水深测量的精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种实时动态水深测量系统
本专利技术涉及水深测量系统，特别是一种实时动态水深测量系统。
技术介绍
水深测量是水下地形测量的基本方法。它是测定水底各点平面位置及其在水面以下的深度，是海道测量和海底地形测量的中心环节，目的是为船舶航行提供航道深度和确定航行障碍物的位置、深度和性质。常规水深测量方法是采用GPS信标机和单波束回声测深仪组合测量。所测得瞬时水面下的深度，经测深仪改正和水位改正，归算到由深度基准面起算的深度。随着海洋经济的大力建设，对水深测量提出了更高要求，特别是水上应急测绘，对实时动态水深测量的需要越来越紧迫。受限于实时定位精度、通讯手段与覆盖范围、实时水位遥测遥报的制约，当前还未形成成熟可靠的实时动态水深测量方法，水深测量效率和精度长期得不到大的提升。常规水深测量方法中测深、定位、水位观测通常都是分开进行的，外业作业完成后，需对三种数据进行事后处理和叠加改正才能得到海图高，无法远程实时获得，效率低下。尽管现在测深仪的测量精度很高，但常规水深测量方法受限于作业方式，深度误差来源较多，精度难以提高，主要包括水深点点位概括误差、水位观测误差、测深仪综合改正数误差、换能器静吃水及动吃水改正数测定误差、在测深纸上量取水深或自动化采集水深计算机凑整误差、经各项改正后的水深凑整误差及风浪引起的深度误差等。随着北斗卫星导航系统的完善建成和北斗星地一体融合服务能力的不断增强，北斗高精度PNT服务覆盖区域不断扩大、卫星实时定位精度不断提高，加上北斗独有的全球短报文通信能力，为实时动态水深测量提供了技术支持。r>
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可实现大范围内高效率高精度实时动态测量的水深测量系统。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种实时动态水深测量系统，包括设置在岸上陆地的岸上服务器和行驶在水上的移动式水深测量平台，在所述平台上搭载有竖直设置的测深杆、测深仪、GNSS接收机和北斗短报文+移动互联网双路通讯模块，所述测深仪包括主机和换能器，测深仪主机设置在所述平台上，所述换能器安装在所述测深杆的下端，在所述测深杆的上端安装有所述GNSS接收机，在所述GNSS接收机内设置有惯性导航模块，所述测深仪主机与所述通讯模块、所述GNSS接收机、所述惯性导航模块和所述换能器分别连接，所述GNSS接收机接收多模卫星定位信号和地基/星基增强系统播发的实时差分改正信号并进行多模融合定位和实时差分改正，进而获取GNSS接收机相位中心动态厘米级空间位置B接收机、L接收机、H接收机，并传输给所述测深仪主机，所述测深仪主机同步采集换能器的测深信号H水深和所述惯性导航模块的姿态数据，在所述测深仪主机上安装有数据处理软件，所述数据处理软件的处理方法为：根据换能器底部到GNSS接收机相位中心的距离D，结合同步的姿态数据进行倾斜补偿改正，计算得到换能器底部中心动态厘米级空间位置B换能器、L换能器、H换能器，则对应水底的空间位置B水底、L水底、H水底为：B水底＝B换能器L水底＝L换能器H水底＝H换能器-H水深H换能器＝H接收机-D*cosγ式中，B为经度，L为纬度，H为大地高，γ为测深杆与竖直方向偏角，D为GNSS接收机相位中心到换能器底部的距离，采用GNSS接收机底部到换能器底部的距离D0，按数学几何关系换算获得；所述测深仪主机将水底的空间位置数据同步传输给所述通讯模块，所述通讯模块向所述岸上服务器实时播发，所述岸上服务器同步将水底大地高转换为正常高，把水底正常高转换为海图高。所述测深仪采用单波束测深系统，且内置无线数据传输功能或设有通信数据传输接口。所述测深仪主机利用秒脉冲同步采集换能器接收到水底反射的数字回波测深信号H水深。所述岸上服务器采用似大地水准面精化模型进行高程拟合，把水底大地高H水底转换为水底正常高h水底。所述平台为船舶。所述测深杆设置在所述船舶的一侧。本专利技术具有的优点和积极效果是：1)采用多模卫星定位，通过地基/星基增强系统实时差分改正，以及IMU姿态倾斜补偿，使得空间定位精度更高，实时获取高精度的水底大地高，无需进行水位观测，有效消除水位观测误差、换能器静吃水及动吃水改正数测定误差、风浪引起的深度误差，减少水深点点位概括误差的影响，显著提高了水深测量精度。2)经由北斗全球短报文通信和移动互联网向岸上服务器双路播发遥测水深数据，保证数据传输的稳定性、可靠性以及广覆盖，实现了水底大地高的远程实时获取，再通过高程拟合和基面换算便可得到相应海图高，显著提高了水深测量工作效率。综上所述，本专利技术相比常规水深测量方式，无需水位观测数据，无需进行水位改正，显著提高了水深测量的精度和效率，可实现大范围内高效率高精度的实时动态水深测量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的工作流程图；图3为本专利技术的工作原理图；图4为本专利技术所涉及的实时动态水深测量相关计算示意图。图中：1、北斗卫星定位星座，2、GPS/GLONASS等其它卫星定位星座，3、差分信号广播星座(L-Band)，4、GNSS接收机(内置IMU)，5、测深杆，6、船舶，7、通讯模块，8、测深仪主机，9、换能器，10、水面，11、水底，12、岸上陆地，13、岸上服务器。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：请参阅图1～图4，一种实时动态水深测量系统，包括设置在岸上陆地12的岸上服务器13和行驶在水上的移动式水深测量平台。在所述平台上搭载有竖直设置的测深杆5、测深仪、GNSS接收机4和北斗短报文+移动互联网双路通讯模块7，所述测深仪包括主机和换能器，测深仪主机8设置在所述平台上，所述换能器9安装在所述测深杆5的下端，在所述测深杆5的上端安装有所述GNSS接收机4，在所述GNSS接收机4内设置有惯性导航模块，所述测深仪主机8与所述通讯模块7、所述GNSS接收机4、所述惯性导航模块和所述换能器分别连接。所述GNSS接收机4接收多模卫星定位信号和地基/星基增强系统播发的实时差分改正信号并进行多模融合定位和实时差分改正，进而获取GNSS接收机相位中心动态厘米级空间位置B接收机、L接收机、H接收机，并传输给所述测深仪主机8。在本实施例中，多模卫星定位信号来自北斗卫星定位星座1和GPS/GLONASS等其它卫星定位星座2。实时差分改正信号来自差分信号广播星座(L-Band)3所述测深仪主机8同步采集换能器的测深信号H水深和所述惯性导航模块的姿态数据。在所述测深仪主机8上安装有数据处理软件，所述数据处理软件的处理方法为：根据换能器底部到GNSS接收机相位中心的距离D，结合同步的姿态数据进行倾斜补偿改正，计算得到换能器底部中心动态厘米级空间位置B换能器、L换能器、H换能器，则对应水底的空间位置B水底、L水底、H水底为：B水底＝B换能器L水底＝L换能器<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时动态水深测量系统，其特征在于，包括设置在岸上陆地的岸上服务器和行驶在水上的移动式水深测量平台，/n在所述平台上搭载有竖直设置的测深杆、测深仪、GNSS接收机和北斗短报文+移动互联网双路通讯模块，所述测深仪包括主机和换能器，测深仪主机设置在所述平台上，所述换能器安装在所述测深杆的下端，在所述测深杆的上端安装有所述GNSS接收机，在所述GNSS接收机内设置有惯性导航模块，所述测深仪主机与所述通讯模块、所述GNSS接收机、所述惯性导航模块和所述换能器分别连接，/n所述GNSS接收机接收多模卫星定位信号和地基/星基增强系统播发的实时差分改正信号并进行多模融合定位和实时差分改正，进而获取GNSS接收机相位中心动态厘米级空间位置B

【技术特征摘要】
1.一种实时动态水深测量系统，其特征在于，包括设置在岸上陆地的岸上服务器和行驶在水上的移动式水深测量平台，
在所述平台上搭载有竖直设置的测深杆、测深仪、GNSS接收机和北斗短报文+移动互联网双路通讯模块，所述测深仪包括主机和换能器，测深仪主机设置在所述平台上，所述换能器安装在所述测深杆的下端，在所述测深杆的上端安装有所述GNSS接收机，在所述GNSS接收机内设置有惯性导航模块，所述测深仪主机与所述通讯模块、所述GNSS接收机、所述惯性导航模块和所述换能器分别连接，
所述GNSS接收机接收多模卫星定位信号和地基/星基增强系统播发的实时差分改正信号并进行多模融合定位和实时差分改正，进而获取GNSS接收机相位中心动态厘米级空间位置B接收机、L接收机、H接收机，并传输给所述测深仪主机，
所述测深仪主机同步采集换能器的测深信号H水深和所述惯性导航模块的姿态数据，
在所述测深仪主机上安装有数据处理软件，所述数据处理软件的处理方法为：根据换能器底部到GNSS接收机相位中心的距离D，结合同步的姿态数据进行倾斜补偿改正，计算得到换能器底部中心动态厘米级空间位置B换能器、L换能器、H换能器，则对应水底的空间位置B水底、L水底、H水底为：
B水底＝B换能器
L水底＝L...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亮，陆伟，刘杰，范东华，焉振，熊伟，
申请(专利权)人：天津水运工程勘察设计院，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