CN104515499B - 内河航道断面测量系统及其测量方法 - Google Patents

内河航道断面测量系统及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种内河航道断面测量系统及其测量方法，属于航道测量技术领域。该系统包括横跨内河航道并紧贴河床的索链和控制终端，所述索链由N节长度相同的索节依次连接而成，其中N＞2；所述索链的索节自首至尾依次是第1索节、第2索节、……、第N索节，所述第1索节水平设置在河堤上；相邻索节之间可自由转动，每个索节内均设有三维电子罗盘；所述控制终端读取所述三维电子罗盘测得的各索节的方位角及俯角，并根据第1索节的起点坐标、索节的长度和所有索节的方位角及俯角绘制出内河航道断面图。本发明不但对内河航道断面测量准确而且可自动完成内河航道断面测绘。

Description

内河航道断面测量系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及一种内河航道断面测量系统及其测量方法，属于航道测量技术领域。
背景技术
水下地形测量在航道、港口、水利、资源等领域有广泛的应用。目前,随着对水下地形测量的质量要求越来越高,水下地形测量的作业有一些待解决的问题。
传统的航道断面测量传统技术存在以下几点不足：1)声呐测量在浅水及水下环境复杂的内河航道进行水下测量精度不高且操作复杂，对于水下粗差高程点的探测与剔除,许多单位还是靠有经验的工程师手工剔除,工效低。2)传统的测深杆法，是人工用杆测水深，人工读数、再将所读水深转绘成航道断面图，此传统方法，需要配合其他测杆定位方法，效率低，速度慢，费用较高。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服上述传统技术的缺点，提供一种测量便捷准确、成本低廉、可自动采集数据自动完成内河航道断面图测绘的内河航道断面测量系统。
与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能够测量便捷准确、成本低廉、可自动完成内河航道断面图测绘的测量方法。
就内河航道断面测量系统而言，本发明为解决所述技术问题的技术方案是：一种内河航道断面测量系统，包括横跨内河航道并紧贴河床的索链和控制终端，所述索链由N节长度相同的索节依次连接而成，其中N＞2；所述索链的索节自首至尾依次是第1索节、第2索节、……、第N索节，所述第1索节水平设置在河堤上；相邻索节之间可自由转动，每个索节内均设有三维电子罗盘；所述控制终端读取所述三维电子罗盘测得的各索节的方位角及俯角，并根据第1索节的起点坐标、索节的长度和所有索节的方位角及俯角绘制出内河航道断面图。
上述内河航道断面测量系统可以作以下改进：
1)所述索链的相邻索节通过万向节连接。
2)还包括固设在河堤上的定位桩，所述第1索节的起点与定位桩固定连接。
3)还包括用于采集三维电子罗盘测得的各索节的方位角及俯角的采集箱，所述采集箱通过数据电缆线与控制终端连接。
就内河航道断面测量方法而言，本发明为解决所述技术问题的技术方案包括以下步骤：
1)将索链的第1索节水平固定在河堤上；
2)沿着内河航道待测断面，将索链自由落水，利用其自身重量，使各索节紧贴内河航道的河床；
3)所述控制终端建立以水平面为XY平面的三维坐标系，使待测断面位于YZ平面内；假设索节的长度为L，第1索节的起点坐标为(X0,Y0,Z0)，第j索节与第j+1索节的连接点是第j节点，1≤j＜N；则所述控制终端根据所述三维电子罗盘测得的第i索节的方位角βi-1和俯角αi-1计算出第i节点的坐标
(Xi,Yi,Zi)＝(Xi-1+L cosαi-1sinβi-1,Yi-1+L cosαi-1cosβi-1,Zi-1+Lsinαi-1)，
式中1≤i＜N；
所述第i索节的俯角αi-1是第i索节与XY平面的夹角，所述第i索节的方位角βi-1是第i索节在XY平面的投影线与Y轴的夹角；
4)所述控制终端根据第3)步迭代计算出的所有节点的坐标值，顺序将所有节点连接起来，进而得到内河航道断面的地形图。
本发明中所述索节的长度可以根据实际工程测量的要求设定,通常索节越短则测量精度越高。
本发明的测量系统沿着内河航道所测断面将各索节所连成的索链自由落水，利用其自身重量，使各索节紧贴待测量的河床底面，利用三维电子罗盘自动测读各索节的方位角、俯角信号；控制终端根据第一索节的起点位置、所测各索节的方位角及俯角信号以及各索节的固定长度计算获得各节点的空间位置，进而自动绘制出紧贴航道底面的整个索链空间形状，即所测内河航道的断面图。
本发明主要用于内河航道水下地形测量，具有操作简便快捷、成本低廉、成果可靠、易于推广等优点，相比传统的人工用杆测水深，然后转换地形图的测深杆法更智能更便捷更准确，且弥补了声呐测量在浅水及水下环境复杂的内河航道进行水下测量精度不高且操作复杂的不足，具有较强的推广与应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例的测量系统结构示意图。
图2是本发明实施例中节点的方位角和俯角的示意图。
具体实施方式
实施例
本实施例的内河航道断面测量系统如图1所示，包括横跨内河航道并紧贴河床2的索链5和控制终端3，其中部分索链5沉入内河航道的水面1内，索链5由N节长度相同的索节依次连接而成，其中N＞2；索链5的索节自首至尾依次是第1索节、第2索节、……、第N索节，第1索节水平设置在河堤上；相邻索节之间可自由转动，每个索节内均设有三维电子罗盘6，控制终端3读取三维电子罗盘6测得的各索节的方位角及俯角，并根据第1索节的起点坐标、索节的长度和所有索节的方位角及俯角绘制出内河航道断面图。
本实施例的测量系统中索节的长度为10CM，并设置采集箱(图中未示出)，采集箱通过数据电缆线与控制终端3连接，采集箱用于读取三维电子罗盘测得的各索节的方位角及俯角并发送至控制终端3，从而使控制终端3读取得到各索节的方位角及俯角。
本实施例中采集箱为现有技术，比如可采用DSP芯片实现，在此不再赘述。而三维电子罗盘6采用宁波麦思电子科技有限公司生产的SEC385倾角补偿式三维电子罗盘，这是是一款高精度三维电子罗盘，使得其倾角到达80°的时候仍然能提供高精度的航向信息。它具有小型和低功耗的特点,带有硬磁、软磁及倾角补偿，非常适合本发明的测量系统。
本实施例的测量系统中第1索节的起点与定位桩4固定连接，而定位桩4固设在河堤上，从而将第1索节水平固定在河堤上。
本实施例的测量系统还可以作以下改进：索链5的相邻索节通过万向节连接。
本实施例的内河航道断面测量方法，包括以下步骤：
1)将第1索节水平固定在河堤上。在实施时，可在内河航道河堤的边坡上设置定位桩4，将第1索节的起点与定位桩4固定连接，从而将第1索节水平固定在河堤上。
2)沿着内河航道待测断面，将索链5自由落水，利用其自身重量，使各索节紧贴内河航道的河床2。
3)控制终端3建立以水平面为XY平面的三维坐标系，使待测断面位于YZ平面内；假设索节的长度为L，第1索节的起点坐标为(X0,Y0,Z0)，第j索节与第j+1索节的连接点是第j节点，1≤j＜N；则控制终端3根据三维电子罗盘6测得的第i索节的方位角βi-1和俯角αi-1计算出第i节点的坐标
(Xi,Yi,Zi)＝(Xi-1+L cosαi-1sinβi-1,Yi-1+L cosαi-1cosβi-1,Zi-1+Lsinαi-1)，
式中1≤i＜N；
本实施例中第i索节的俯角αi-1是第i索节与XY平面的夹角，第i索节的方位角βi-1是第i索节在XY平面的投影线与Y轴的夹角。如图2所示，第1索节的俯角为0，方位角是β0；第2节点在XY平面上的垂足，A3是第3节点在XY平面上的垂足，α1和β1第二索节的俯角和方位角，α2和β2第三索节的俯角和方位角。
当然，为了简化计算，也可以将三维坐标系的原点设置在第1索节起点坐标上，即(X0,Y0,Z0)＝(0,0,0)。
4)控制终端3根据第3)步迭代计算出的所有节点的坐标值，顺序将所有节点连接起来，进而得到内河航道断面的地形图。
另外，本实施例中的控制终端可以选用计算机等。
本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。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)

1.一种内河航道断面测量系统，其特征在于：包括横跨内河航道并紧贴河床的索链和控制终端，所述索链由N节长度相同的索节依次连接而成，其中N＞2；所述索链的索节自首至尾依次是第1索节、第2索节、……、第N索节，所述第1索节水平设置在河堤上；相邻索节之间可自由转动，每个索节内均设有三维电子罗盘；所述控制终端读取所述三维电子罗盘测得的各索节的方位角及俯角，并根据第1索节的起点坐标、索节的长度和所有索节的方位角及俯角绘制出内河航道断面图。
2.根据权利要求1所述的内河航道断面测量系统，其特征在于：所述索链的相邻索节通过万向节连接。
3.根据权利要求1所述的内河航道断面测量系统，其特征在于：还包括固设在河堤上的定位桩，所述第1索节的起点与定位桩固定连接。
4.根据权利要求1所述的内河航道断面测量系统，其特征在于：还包括用于采集三维电子罗盘测得的各索节的方位角及俯角的采集箱，所述采集箱通过数据电缆线与控制终端连接。
5.一种利用如权利要求1所述的内河航道断面测量系统的内河航道断面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将索链的第1索节水平固定在河堤上；
2)沿着内河航道待测断面，将索链自由落水，利用其自身重量，使各索节紧贴内河航道的河床；
3)所述控制终端建立以水平面为XY平面的三维坐标系，使待测断面位于YZ平面内；假设索节的长度为L，第1索节的起点坐标为(X0,Y0,Z0)，第j索节与第j+1索节的连接点是第j节点，1≤j＜N；则所述控制终端根据所述三维电子罗盘测得的第i索节的方位角βi-1和俯角αi-1计算出第i节点的坐标
(Xi,Yi,Zi)＝(Xi-1+L cosαi-1sinβi-1,Yi-1+L cosαi-1cosβi-1,Zi-1+Lsinαi-1)，式中1≤i＜N；
所述第i索节的俯角αi-1是第i索节与XY平面的夹角，所述第i索节的方位角βi-1是第i索节在XY平面的投影线与Y轴的夹角；
4)所述控制终端根据第3)步迭代计算出的所有节点的坐标值，顺序将所有节点连接起来，进而得到内河航道断面的地形图。
6.根据权利要求5所述的内河航道断面测量方法，其特征在于：所述控制终端是计算机。
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