CN104142667A - 一种水下地形测量船的数据采集和船体控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，包括如下步骤：连接设备并设置数据接收模式，通过岸基控制模块快速解算后发送船体控制指令，工控计算机读取指令后控制方向舵机和油门舵机，实现测量船的方向和速度的控制，实时检测汽油机的运行状况，当判断汽油机发生故障时，启动电动机继续航行；本发明利用串口传输数据，提高了系统自动化运行程度，实现自动导航，减少了人工干预和操作；利用双动力控制船体运行，一般情况下采用汽油机动力，当汽油机发生故障时，启动电动机继续航行，提高了测量船的安全性和应急能力，相较以往的测量船产品，本发明具有精度高、操作简单、适用范围广、续航时间长等特点。
Description
技术领域
本发明涉及地形勘测工程领域，具体涉及一种水下地形测量船。
背景技术
水下地形测量船是针对小型水库、枯水期道测量、乱水区大比例航道测量、狭窄水域整治等工程中自动化水深采集的特殊设备，尺寸便携，弥补了大型船只无法进入小面积水域的不足。测量船一般搭载GPS RTK、测深仪及其他外围设备，完成水下地形测量任务。
现有测量船产品中，一般有电动机驱动和汽油机驱动两种模式：纯电动机驱动一般采用蓄电池供电，当蓄电池配备较多时自重较大难以满足动力需求，当蓄电池配备较少时难以满足长时间续航要求；汽油机驱动能够满足长时间续航的要求，但由于设备组件多，出现故障的几率较大。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种汽油机、电动机可切换动力控制的水下地形测量船的数据采集和船体控制方法。
技术方案：本发明提供了一种水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，包括如下步骤：
（1）启动设备，包括工控计算机、汽油机、GPS RTK、数字测深仪、电子罗盘和无线通讯模块；
（2）连接设备，所述GPS RTK、数字测深仪和电子罗盘通过串口连接所述工控计算机，利用GPS RTK串口输出固定格式数据，测深仪和电子罗盘实时输出水深和方向角传输至工控计算机，所述工控计算机通过无线通讯模块和岸基控制模块完成无线通讯数据交换；
（3）在和岸基控制模块实现无线数据交换的基础上，通过控制船体动作和数据采集计算，对电子罗盘进行标定和方向校正；
（4）标定和方向校正完成并确定可行之后，通过岸基控制模块快速解算航线后发送船体控制指令，工控计算机读取指令后控制方向舵机和油门舵机，实现测量船的方向和速度的控制；
（5）实时检测汽油机的运行状况，当岸基控制模块判断汽油机发生故障时，工控计算机启动电动机继续航行，通过控制电动机的速度和方向继续执行水下地形数据采集任务。
进一步，步骤（2）中所述GPS RTK串口输出NMEA-0183协议格式数据，包括$GPGGA、$GPGSA、$GPRMC，设置采样的间隔小于无线数据交换间隔。本设备采用多格式使得数据信息充分，且设置采样频率为5Hz，能够为实时导航提供更加充足的位置信息。
进一步，步骤（3）中电子罗盘的标定以恒定速度作两分钟圆周运动，电子罗盘的方向校正通过利用GPS RTK采集的点坐标数据求取坐标系下的方位角，和电子罗盘输出的方向角作差，求出该差值随着电子罗盘方向角变化的函数关系。
进一步，步骤（4）工控计算机通过接受岸基控制模块的控制信号，利用输出PWM信号控制方向舵机实现对船体的方向控制，并输出PWM信号控制油门舵机实现对船体的速度控制，从而实现远程控制和自动导航。
进一步，步骤（5）船载检测装置实时传回的汽油机检测信号通过工控计算机传送给岸基控制模块，岸基控制模块判断汽油机的运行状况；当汽油机发生故障时，岸基控制模块发送电机控制指令，工控计算机收到指令后，向PLC控制器发送控制指令，PLC控制器通过I/O口控制船体两侧电机运转的方向，以实现左右转和前进后退；工控计算机输出PWM信号控制电机运转的速度，实现船体继续航行并完成水下地形测量任务，当电量过低时发送返回指令。
有益效果：本发明利用串口传输数据，提高了系统自动化运行程度，实现自动导航，减少了人工干预和操作；利用双动力控制船体运行，一般情况下采用汽油机动力，当汽油机发生故障时，启动电动机继续航行，提高了测量船的安全性和应急能力，相较以往的测量船产品，本发明具有精度高、操作简单、适用范围广、续航时间长等特点。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图；
图2为本发明数据交换示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，如图1、2所示，包括以下步骤：
S100：启动设备，主要包括汽油机、工控计算机、GPS RTK、数字测深仪、电子罗盘和无线通讯模块；
S200：设置GPS RTK输出数据格式报文和时间间隔，其串口向工控计算机输出NMEA-0183协议固定格式的数据，工控计算机查看数据输出完整性；工控计算机分别连接测深仪和电子罗盘，并查看数据通讯是否正常；同时，工控计算机通过无线通讯模块和岸基控制模块相连；当所有设备连接完成后，检查数据采集完整性和无线通信数据交换，当数据交换建立后测量船下水开始航行；
S300：当数据交换建立后，以恒定速度作两分钟圆周运动对电子罗盘进行标定，并通过GPS RTK采集的点坐标数据求取坐标系下的方位角，和电子罗盘输出的方向角作差，求出该差值随着电子罗盘方向角变化的函数关系，确定平均差值后对电子罗盘进行方向校正；
S400：岸基控制模块接收到标定校正数据后，快速解算航线后发出船体控制指令，工控计算机输出PWM信号控制方向舵机实现对船体的方向控制，并输出PWM信号控制油门舵机实现对船体的速度控制，控制船体按照航线完成水下地形测量任务；
S500：通过船载检测装置，检测汽油机运行状况，检测结果实时传输至工控计算机，工控计算机通过无线模块发送检测结果至岸基控制模块；
S600：当汽油机运行正常时，岸基控制模块发送舵机控制指令，方向舵机控制船体的航行方向，油门舵机控制船体的航行速度；
S700：通过电压和声音的GPIO检测信号判断出汽油机运行出现故障时，岸基控制模块发送电机控制指令，工控计算机收到指令后，向PLC控制器发送控制指令，PLC控制器通过GPIO控制船体两侧电机运转的方向，以实现左右转和前进后退；工控计算机输出PWM信号控制电机运转的速度，实现船体继续航行并完成水下地形测量任务，当电量过低时发送返回指令，确保船体继续航行。
如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (5)
1.一种水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）启动设备，包括汽油机、工控计算机、GPS RTK、数字测深仪、电子罗盘和无线通讯模块；
（2）连接设备，所述GPS RTK、数字测深仪和电子罗盘通过串口连接所述工控计算机，利用GPS RTK串口输出固定格式数据，测深仪和电子罗盘实时输出水深和方向角传输至工控计算机，所述工控计算机通过无线通讯模块和岸基控制模块完成无线通讯数据交换；
（3）在和岸基控制模块实现无线数据交换的基础上，通过控制船体动作和数据采集计算，对电子罗盘进行标定和方向校正；
（4）标定和方向校正完成并确定可行之后，通过岸基控制模块快速解算航线后发送船体控制指令，工控计算机读取指令后控制方向舵机和油门舵机，实现测量船的方向和速度的控制；
（5）实时检测汽油机的运行状况，当岸基控制模块判断汽油机发生故障时，工控计算机启动电动机继续航行，通过控制电动机的速度和方向继续执行水下地形数据采集任务。
2.根据权利要求1所述的水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，其特征在于：所述GPS RTK串口输出NMEA-0183协议格式数据，包括$GPGGA、$GPGSA、$GPRMC，设置采样的间隔小于无线数据交换间隔。
3.根据权利要求1所述的水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，其特征在于：步骤（3）中电子罗盘的标定以恒定速度作两分钟圆周运动，电子罗盘的方向校正通过利用GPS RTK采集的点坐标数据求取坐标系下的方位角，和电子罗盘输出的方向角作差，求出该差值随着电子罗盘方向角变化的函数关系。
4.根据权利要求1所述的水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，其特征在于：步骤（4）工控计算机通过接受岸基控制模块的控制信号，利用输出PWM信号控制方向舵机实现对船体的方向控制，并输出PWM信号控制油门舵机实现对船体的速度控制，从而实现远程控制和自动导航。
5.根据权利要求1所述的水下地形测量船的数据采集和船体控制方法，其特征在于：步骤（5）船载检测装置实时传回的汽油机检测信号通过工控计算机传送给岸基控制模块，岸基控制模块判断汽油机的运行状况；当汽油机发生故障时，岸基控制模块发送电机控制指令，工控计算机收到指令后，向PLC控制器发送控制指令，PLC控制器通过I/O口控制船体两侧电机运转的方向，以实现左右转和前进后退；工控计算机输出PWM信号控制电机运转的速度，实现船体继续航行并完成水下地形测量任务，当电量过低时发送返回指令。
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