CN103090817B - 修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，属于交通测量技术领域。该方法通过激光测距仪测得航道内的基准水位，根据基准水位获得基准水平面；并通过激光测距仪对在航船舶进行连续扫描，获得连续多个船舶切面的轮廓线数据；分析船舶上特定部位的连续切面轮廓线数据，选取连续切面轮廓线构成的外轮廓面中的一个平顶面作为参比面；将得到的参比面与基准水平面进行比较，得到参比面相对于基准水平面的倾斜角度和高低差，从而获得该船舶相对于基准水位的垂荡值、纵摇值和横摇值。该方法可以对水面波浪影响在航船舶而引起的测量误差进行主动修正。
Description
技术领域
本发明涉及一种修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，属于交通测量技术领域。
背景技术
随着经济的发展，当前内河船舶的航运状况呈现船型多变、船只密集、货运载重量大等发展趋势。为保证航运业务的正常开展，航运业务主管部门开展了多项针对在航船舶的监测、管理技术研究；其中准确测定船舶的外形三维尺度是船舶超载监测、桥梁防碰撞预警等众多科研项目的基础之一。
由于在航船舶的运动特性，船舶在向前行驶的过程中，不仅有沿航向方向的直线运动，还因受水面波浪的影响而叠加了纵向、横向和上下方向的多向摇晃（在业内称为纵摇、横摇与垂荡）。船舶在这些方向上位置的变化会对外形三维尺度测量的结果造成影响，甚至给测量结果带来较大的偏差。
在现有的船舶测量技术中，船舶的姿态感知与修正是建立在船载设备（如多轴倾角传感器和DGPS等）上的，这需要被监测船舶安装专业测量设备，且设备能够正常工作为前提。该方法是一种被动测量方式，并不适用于航运业务主管部门对在航船舶进行主动监测的需求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出了一种可以对水面波浪对在航船舶影响而引起的测量误差进行主动修正的修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，包括以下步骤：
第一步、将激光测距仪设置在内河航道的正上方，通过激光测距仪测得航道内的基准水位，所述基准水位是指激光测距仪测量的相对平静的水面与激光测距仪之间的距离，根据基准水位获得基准水平面的基准水平面数据，所述基准水平面是构建的一个虚拟平面；
第二步、通过激光测距仪对在航船舶进行连续扫描，获得连续多个船舶切面的切面轮廓线数据；
第三步、选取船舶上特定部位的连续切面轮廓线数据，将该特定部位的连续切面轮廓线构成的外轮廓面中的一个平顶面作为参比面，获得参比面数据，所述船舶上特定部位是指船舷、甲板、驾驶仓、生活仓和货仓之一；
第四步、将得到的参比面数据与基准水平面数据进行比较，得到参比面相对于基准水平面的倾斜角度和高低差，从而获得该船舶相对于基准水平面的垂荡值、纵摇值和横摇值，完成水面波浪对在航船舶影响的修正。
本发明在所述第一步中提供了三种获取基准水位方法：
1）测量没有船舶通行时相对平静的水面，获得基准水位。
2）测量单位时间内船舶通行时的水面，获得一组水位，再对该组水位进行加权平均得到基准水位。
3）测量固定预设在船舶通行区域内具有与所述相对平静的水面齐平的顶面的观测井，获取基准水位。
本发明在第三步中选取的参比面的是：将第二步中得到的切面轮廓线数据的角坐标系坐标转换为对应的以船舶的以水平面为坐标基准面的直角坐标系坐标，对相邻的切面轮廓线数据进行分析，其中沿船舶轴向呈等差序列分布的切面轮廓线组成的平面就构成了参比面。
本发明在所述第四步中所述垂荡值、纵摇值和横摇值是：
A、所述横摇值为参比面相对于基准水平面的切向倾斜角度，即
其中表示参比面的横切面竖直方向两条轮廓线的坐标差值，表示参比面的横切面水平方向两条轮廓线的坐标差值；
B、所述纵摇值为参比面相对于基准水平面的轴向倾斜角度，即
其中表示参比面的纵切面竖直方向两条轮廓线的坐标差值， 表示参比面的纵切面水平方向两条轮廓线的坐标差值；
C、所述垂荡值为所述参比面各条切面轮廓线的瞬时测量值与整个参比面到激光器测距仪的平均值的差。
本发明的有益效果是：本发明的修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法通过测量船舶参比面的状态，获得船舶参比面与基准水平面之间的倾斜角度和高低差，从而得到该船舶相对于基准水位的垂荡值、纵摇值和横摇值，因此可以对水面波浪对在航船舶影响而引起的测量误差进行主动修正，降低了船舶位置的变化对外形三维尺度测量的结果造成的影响，减小了水面波浪引起的对在航船舶测量结果的偏差。
具体实施方式
实施例
本实施例的修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，包括以下步骤：
第一步、将激光测距仪设置在内河航道的正上方，通过激光测距仪测得航道内的基准水位，上述基准水位是指激光测距仪测量的相对平静的水面和激光测距仪之间的距离，根据基准水位获得基准水平面的基准水平面数据；其中基准水平面是在现有计算机系统构建的一个假想面，用于后续的比较计算。
本实施例采用测量单位时间内船舶通行时的水面，获得一组水位，再对该组水位进行加权平均得到基准水位。
除此以外，还可以使用其他方法获取基准水位，比如：测量没有船舶通行时相对平静的水面，获得基准水位；或者测量固定预设在船舶通行区域内具有与相对平静的水面齐平的顶面的观测井，获取基准水位。
第二步、通过激光测距仪对在航船舶进行连续扫描，获得连续多个船舶切面的切面轮廓线数据。
第三步、选取船舶上特定部位的连续切面轮廓线数据，将该特定部位的连续切面轮廓线构成的外轮廓面中的一个平顶面作为参比面，其中参比面是在计算机系统构建的一个假想面，作为与前面基准水平面进行比较计算用，并获得参比面数据，船舶上特定部位是指船舷、甲板、驾驶仓、生活仓和货仓之一。
本实施例将第二步中得到的切面轮廓线数据的角坐标系坐标转换为对应的以船舶的以水平面为坐标基准面的直角坐标系坐标，对相邻的切面轮廓线数据进行分析，其中沿船舶轴向呈等差序列分布的切面轮廓线组成的平面就构成了参比面。
第四步、将得到的参比面与基准水平面进行比较，得到参比面相对于基准水平面的倾斜角度和高低差，从而获得该船舶相对于基准水位的垂荡值、纵摇值和横摇值，完成对水面波浪对在航船舶影响的修正。
本实施例中，船舶相对于基准水平面的垂荡值、纵摇值和横摇值分别是：
A、横摇值为参比面相对于基准水平面的切向倾斜角度，即
其中表示参比面的横切面竖直方向两条轮廓线的坐标差值，表示参比面的横切面水平方向两条轮廓线的坐标差值。
当各条切成轮廓线的倾斜状况不相同时，还需要进行时序分析，获得特定时刻船舶的横摇值。
B、纵摇值为参比面相对于基准水平面的轴向倾斜角度，即
其中表示参比面的纵切面竖直方向两条轮廓线的坐标差值， 表示参比面的纵切面水平方向两条轮廓线的坐标差值。
参比面的各条切面轮廓线之间的高低差别基本表征了船舶纵摇的状态，但为了获得精确的修正值，需要进行连续时空数据相关性分析来确定最终的纵摇值。
C、垂荡值为参比面各条切面轮廓线的瞬时测量值与整个参比面到激光器测距仪的平均值的差。
本发明的修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，包括以下步骤：
第一步、将激光测距仪设置在内河航道的正上方，通过激光测距仪测得航道内的基准水位，所述基准水位是指激光测距仪测量的相对平静的水面与激光测距仪之间的距离，根据基准水位获得基准水平面的基准水平面数据；
第二步、通过激光测距仪对在航船舶进行连续扫描，获得连续多个船舶切面的切面轮廓线数据；
第三步、选取船舶上特定部位的连续切面轮廓线数据，将该特定部位的连续切面轮廓线构成的外轮廓面中的一个平顶面作为参比面，获得参比面数据，所述船舶上特定部位是指船舷、甲板、驾驶仓、生活仓和货仓之一；
第四步、将得到的参比面数据与基准水平面数据进行比较，得到参比面相对于基准水平面的倾斜角度和高低差，从而获得该船舶相对于基准水平面的垂荡值、纵摇值和横摇值，完成水面波浪对在航船舶影响的修正。
2.根据权利要求1所述修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，其特征在于所述第四步中所述垂荡值、纵摇值和横摇值是：
A、所述横摇值是指参比面相对于基准水平面的切向倾斜角度，即
α＝arctan(Δy/Δx)
其中Δy表示参比面的横切面竖直方向两条轮廓线的坐标差值，Δx表示参比面的横切面水平方向两条轮廓线的坐标差值；
B、所述纵摇值是指参比面相对于基准水平面的轴向倾斜角度，即
β＝arctan(Δy'/Δx')
其中Δy'表示参比面的纵切面竖直方向两条轮廓线的坐标差值，Δx'表示参比面的纵切面水平方向两条轮廓线的坐标差值；
C、所述垂荡值是指所述参比面各条切面轮廓线的瞬时测量值与所述参比面各条切面轮廓线到激光测距仪的距离的平均值之差。
3.根据权利要求1所述修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，其特征在于所述第一步中获得基准水位是：测量没有船舶通行时相对平静的水面，获得基准水位。
4.根据权利要求1所述修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，其特征在于所述第一步中获得基准水位是：测量单位时间内船舶通行时的水面，获得一组水位，再对该组水位进行加权平均得到基准水位。
5.根据权利要求1所述修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，其特征在于所述第一步中获得基准水位是：测量固定预设在船舶通行区域内具有与所述相对平静的水面齐平的顶面的观测井，获取基准水位。
6.根据权利要求1所述修正水面波浪对内河在航船舶三维尺度测量影响的方法，其特征在于所述第三步中选取的参比面是：将第二步中得到的切面轮廓线数据的角坐标系坐标转换为对应的以水平面为坐标基准面的直角坐标系坐标，对相邻的切面轮廓线数据进行分析，其中沿船舶轴向呈等差序列分布的切面轮廓线组成的平面就构成了参比面。
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