CN104422428A - 一种用auv检测海洋水文参数跃变层特征的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及深水机器人技术领域，尤其涉及一种利用AUV自主检测海洋水文参数跃变层特征的装置和方法。本发明的装置包括：水文参数测量仪，探头安装于AUV壳体外部，连接控制计算机，用于实时测量AUV所处位置的水文数据；供电控制开关，接收控制计算机送来的供电控制信号，连接水文参数测量仪的电源，用于控制水文参数测量仪的通断；控制计算机，安装于AUV壳体内部，与水文参数测量仪通过数据通信线缆相连，通过该线缆实时采集和记录水文参数测量仪输出的测量数据，用于自动计算海水水文参数跃变层深度范围。本发明装置简单，使用简便，稳定可靠，检测结果准确，应用范围广。

Description

一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置和方法
技术领域
本发明涉及深水机器人技术领域，尤其涉及一种利用AUV（AutonomousUnderwater Vehicle，自主水下机器人）自主检测海洋水文参数跃变层特征的装置和方法。
背景技术
AUV在水下自主航行执行作业任务，往往需要自行获知作业海域的声速、温度、电导率、盐度等水文参数跃变层特征。目前，AUV只能测量所在深度的水文参数，不能自主检测水文参数特征。传统方法是操作人员使用绞车、绳索等工具将温盐深测量仪系住，尾部加挂一个重物（石块或铁块），将温盐深测量仪从水面逐渐往水下吊放，直到操作人员感觉到重物达到海底，将温盐深测量仪向上收起；收回温盐深测量仪后，操作人员利用计算机下载温盐深测量仪记录的声速、温度、盐度、深度测量数据，采用目测或常规分析算法获得水文参数跃变层的数目及跃变层深度边界。这种数据后处理方法完全依靠人工操作完成，并且数据后处理方法具有很大的时间滞后性，不适用于AUV自主检测跃变层特征的需求。
发明内容
为了克服传统方法的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置与方法，实现AUV对海洋声速、温度、盐度跃变层的自主检测功能。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，包括：
水文参数测量仪，探头安装于AUV壳体外部，连接控制计算机，用于实时测量AUV所处位置的水文数据；
供电控制开关，接收控制计算机送来的供电控制信号，连接水文参数测量仪的电源，用于控制水文参数测量仪的通断；
控制计算机，安装于AUV壳体内部，与水文参数测量仪通过数据通信线缆相连，通过该线缆实时采集和记录水文参数测量仪输出的测量数据，用于自动计算海水水文参数跃变层深度范围。
所述水文参数测量仪为温盐深测量仪，用于实时测量AUV所处位置的盐度、电导率、温度、深度、压强和声速。
所述水文参数测量仪为声速测量仪，用于实时测量AUV所处位置的声速、深度和压强。
所述水文参数测量仪的数据测量周期在0.01秒至2秒之间。
所述控制计算机按固定周期采集数据，周期在0.2秒～2秒之间。
一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，包括以下步骤：
在AUV即将执行自动检测海洋水文参数跃变层特征任务时，控制计算机向供电控制开关发送水文参数测量仪通电信号；
水文参数测量仪开始工作后，AUV下潜，直到预定的最大深度，在AUV下潜过程中，控制计算机实时采集并记录水文参数测量仪输出的水文参数测量数据；
当AUV达到最大深度时，控制计算机向供电控制开关发送水文参数测量仪断电信号，水文参数测量仪停止工作；同时，控制计算机在记录的水文参数测量数据尾部标出测量结束标志；
控制计算机根据记录的水文参数测量数据，计算水文参数跃变层特征，输出计算结果。跃变层存在与否、跃变层数量、各个跃变层深度边界和跃变层厚度，
所述计算水文参数跃变层特征的计算方法包括以下三个步骤：
（1）判定有无跃变层：通过求取最大梯度值，并与垂直梯度法中的固定阈值比较，如果最大梯度值大于固定阈值，则存在跃层。
（2）检测跃变层分布：通过平均梯度值法检测跃变层分布。
（3）进行跃变层的剔除与合并。
所述步骤（1）具体为：
如果Gmax>=Thr，则存在跃变层；否则，不存在；其中Thr=0.1，Gmax通过以下方法求得
G k = T ( k + 1 ) - T ( k ) z ( k + 1 ) - z ( k )
Gmax=max{Gk}
其中，G表示梯度值，T表示水文参数数据，属于温度、电导率、声速、盐度参数中的任意一种参数，z表示采样深度值，k和k-1表示第k次，第k-1次采样。
所述步骤（2）具有判断进入和退出跃变层的功能，具体为：
检测前，跃变层数量m=0，梯度值数量为N，进入和退出跃变层标志为bstate，其中bstate=1表示进入跃变层，bstate=0表示退出跃变层，初始值为0；
检测过程中，直到数据结束，一直执行以下操作：
如果且bstate=0，则m=m+1，bstate=1，记录跃变层m的当前深度zk；
如果且bstate=1，则bstate=0，停止记录当前深度zk；
那么，当前跃变层m的上边界为跃变层m的最小深度值，当前跃变层m的下边界为跃变层m的最大深度值。
所述步骤（3）具体为：如果当前跃变层厚度小于8m，并且距离其它跃层小于5m，则删除当前跃变层；如果相邻两个跃变层之间的距离小于5m，则将这两个跃变层合并成一个跃变层。
本发明具有以下优点及有益效果：
1.装置简单，使用简便。本发明装置仅需要一台温盐深测量仪（或声速测量仪）进行检测，无需其它辅助检测装置，检测方法易用计算机程序实现，可方便移植到各种计算机上。
2.稳定可靠，检测结果准确。本发明方法能够自动检测跃变层数目、跃变层数量、跃变层深度范围、跃变层厚度，能够厚度较小的跃变层进行合理的删除和合并，检测结果准确。
3.应用范围广。本发明不但可以应用于AUV，还可以用于其它海洋机器人和水下自动化装备。
附图说明
图1是本发明的检测装置配置图；
图2是本发明的AUV工作方式示意图；
图3是本发明的检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明由控制计算机、温盐深测量仪（或声速测量仪）、供电控制开关组成，这些设备安装在AUV上，如图1所示。AUV对海洋水文参数特征进行检测的工作方式如图2所示。进行检测时，从上往下下潜，在此过程中温盐深测量仪（或声速测量仪）实时测量水文参数数据，控制计算机实时采集并记录温盐深测量仪（或声速测量仪）输出的测量数据。AUV到达预定的最大深度时，AUV回到正常的作业深度进行航行。控制计算机根据记录的测量数据采用本发明的检测海洋水文参数跃变层特征的方法（流程图如图3所示）计算跃变层特征，包括跃变层数量、厚度、深度范围，计算完成后输出检测结果。检测结果为：跃变层数目，跃变层序号，与之对应的深度边界（上）及深度边界（下）。
海洋水文参数跃变层特征检测方法流程如图3所示。对记录的完整水文参数测量数据进行统一处理，先后按以下三个步骤进行：
（1）利用最大梯度法判定有无跃变层；
令G表示梯度值，T表示水文参数数据，属于温度、电导率、声速、盐度参数中的任意一种参数，z表示采样深度值。k和k-1表示第k次,第k-1次采样。设
G k = T ( k + 1 ) - T ( k ) z ( k + 1 ) - z ( k )
Gmax=max{Gk}
如果Gmax>=Thr，则存在跃变层；否则，不存在。其中Thr=0.1。
（2）利用平均梯度法计算跃变层数目、各跃变层的深度边界；
检测前，跃变层数量m=0。
检测时，一直执行以下操作，直到数据结束
如果（Gk>Gave），则进入当前跃变层，m=m+1。式中Gave是声速梯度Gk的平均值。
如果（Gk≤Gave），则退出当前跃变层。
（3）对跃变层进行删除和合并
如果当前跃变层厚度小于8m，并且距离其它跃层小于5m，则输出当前跃变层；如果相邻两个跃变层之间的距离小于5m，则将这两个跃变层合并成一个跃变层。

Claims (10)

1.一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，其特征在于，包括： 
水文参数测量仪，探头安装于AUV壳体外部，连接控制计算机，用于实时测量AUV所处位置的水文数据； 
供电控制开关，接收控制计算机送来的供电控制信号，连接水文参数测量仪的电源，用于控制水文参数测量仪的通断； 
控制计算机，安装于AUV壳体内部，与水文参数测量仪通过数据通信线缆相连，通过该线缆实时采集和记录水文参数测量仪输出的测量数据，用于自动计算海水水文参数跃变层深度范围。 
2.根据权利要求1所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，其特征在于，所述水文参数测量仪为温盐深测量仪，用于实时测量AUV所处位置的盐度、电导率、温度、深度、压强和声速。 
3.根据权利要求1所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，其特征在于，所述水文参数测量仪为声速测量仪，用于实时测量AUV所处位置的声速、深度和压强。 
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，其特征在于，所述水文参数测量仪的数据测量周期在0.01秒至2秒之间。 
5.根据权利要求1所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的装置，其特征在于，所述控制计算机按固定周期采集数据，周期在0.2秒～2秒之间。 
6.一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，其特征在于，包括以下步骤： 
在AUV即将执行自动检测海洋水文参数跃变层特征任务时，控制计算机向供电控制开关发送水文参数测量仪通电信号； 
水文参数测量仪开始工作后，AUV下潜，直到预定的最大深度，在AUV下潜过程中，控制计算机实时采集并记录水文参数测量仪输出的水文参数测量数据； 
当AUV达到最大深度时，控制计算机向供电控制开关发送水文参数测量仪断电信号，水文参数测量仪停止工作；同时，控制计算机在记录的水文参数测量数据尾部标出测量结束标志； 
控制计算机根据记录的水文参数测量数据，计算水文参数跃变层特征，输出计算结果。跃变层存在与否、跃变层数量、各个跃变层深度边界和跃变层厚度。 
7.根据权利要求6所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，其特征在于，所述计算水文参数跃变层特征的计算方法包括以下三个步骤： 
（1）判定有无跃变层：通过求取最大梯度值，并与垂直梯度法中的固定阈值比较，如果最大梯度值大于固定阈值，则存在跃层。 
（2）检测跃变层分布：通过平均梯度值法检测跃变层分布。 
（3）进行跃变层的剔除与合并。 
8.根据权利要求7所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，其特征在于，所述步骤（1）具体为： 
如果Gmax>=Thr，则存在跃变层；否则，不存在；其中Thr=0.1，Gmax通过以下方法求得 
Gmax=max{Gk} 
其中，G表示梯度值，T表示水文参数数据，属于温度、电导率、声速、盐度参数中的任意一种参数，z表示采样深度值，k和k-1表示第k次，第k-1次采样。 
9.根据权利要求7所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，其特征在于，所述步骤（2）具有判断进入和退出跃变层的功能，具体为： 
检测前，跃变层数量m=0，梯度值数量为N，进入和退出跃变层标志为bstate，其中bstate=1表示进入跃变层，bstate=0表示退出跃变层，初始值为0； 
检测过程中，直到数据结束，一直执行以下操作： 
如果且bstate=0，则m=m+1，bstate=1，记录跃变层m的当前深度zk； 
如果且bstate=1，则bstate=0，停止记录当前深度zk； 
那么，当前跃变层m的上边界为跃变层m的最小深度值，当前跃变层m的下边界为跃变层m的最大深度值。 
10.根据权利要求7所述的一种用AUV检测海洋水文参数跃变层特征的方法，其特征在于，所述步骤（3）具体为：如果当前跃变层厚度小于8m，并且距离其它跃层小于5m，则删除当前跃变层；如果相邻两个跃变层之间的距离小于5m，则将这两个跃变层合并成一个跃变层。 
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105954488A (zh) * 2016-06-13 2016-09-21 熊学军 基于海洋层结谱的跃层边界检测的曲率区域最值确定法
CN106768043A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 山东科技大学 海洋多参数剖面测量仪
CN108846400A (zh) * 2018-04-19 2018-11-20 哈尔滨工程大学 一种基于梯度分析的海水温度场采样方法
CN109632265A (zh) * 2019-01-28 2019-04-16 上海大学 一种基于视觉的无人艇采水装置对接状态检测系统及方法
CN110069069A (zh) * 2019-04-09 2019-07-30 中国海洋大学 一种定高构件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100185348A1 (en) * 2009-01-22 2010-07-22 Webb Douglas C Autonomous underwater vehicle with current monitoring
CN102353995A (zh) * 2011-09-29 2012-02-15 北京先驱高技术开发公司 一种深海瞬变电磁探测装置及其方法
CN102914296A (zh) * 2012-11-07 2013-02-06 国家海洋技术中心 小型水下自主航行观测平台观测方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100185348A1 (en) * 2009-01-22 2010-07-22 Webb Douglas C Autonomous underwater vehicle with current monitoring
CN102353995A (zh) * 2011-09-29 2012-02-15 北京先驱高技术开发公司 一种深海瞬变电磁探测装置及其方法
CN102914296A (zh) * 2012-11-07 2013-02-06 国家海洋技术中心 小型水下自主航行观测平台观测方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NUNO A.CRUZ,ANIBAL C.MATOS: "Adaptive Sampling of Thermoclines with Autonomous Underwater Vehicles", 《OCEANS IEEE》 *
STEPHANIE PETILLO,ARJUNA BALASURIYA,HENRIK SCHMIDT: "Autonomous Adaptive Environmental Assessment and Feature Tracking via Autonomous Underwater Vehicles", 《OCEANS 2010 IEEE》 *
YANWU ZHANG,JAMES G. BELLINGHAM,MICHAEL A.GODIN,JOHN P.RYAN: "Using an Autonomous Underwater Vehicle to Track the Thermocline Based on Peak-Gradient Detection", 《IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING》 *
国家技术监督局: "《海洋调查规范：海洋调查资料处理》", 31 December 1991 *
张学宏，张绪东，李颜: "海洋温跃层特征值的分析与计算", 《海洋预报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105954488A (zh) * 2016-06-13 2016-09-21 熊学军 基于海洋层结谱的跃层边界检测的曲率区域最值确定法
CN106768043A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 山东科技大学 海洋多参数剖面测量仪
CN108846400A (zh) * 2018-04-19 2018-11-20 哈尔滨工程大学 一种基于梯度分析的海水温度场采样方法
CN109632265A (zh) * 2019-01-28 2019-04-16 上海大学 一种基于视觉的无人艇采水装置对接状态检测系统及方法
CN110069069A (zh) * 2019-04-09 2019-07-30 中国海洋大学 一种定高构件

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