CN106767721A - 一种峡谷狭深河段水深测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种峡谷狭深河段水深测量方法和装置，方法包括定点测深、数据分析、构建断面；所述定点测深，采用单波束对峡谷狭深河N点进行测深，并收集单波束测深回声数据；所述数据分析，将收集的回声数据显示为波形图，找出波形图最高点值，即N点的深度值；所述构建断面，重复定点测深、数据分析对同一断面不同位置分别进行测深，获取不同位置对应的波形图最高点值，将不同位置对应的波形图最高点值连线得出峡谷狭深河的断面示意图；装置包括固定平台，在所述固定平台前端设有由驱动装置驱动的旋转轴，旋转轴上设有波束探测器。本发明的优点在于，采用单波束测深仪可对类似于长江三峡峡谷狭深河段水深进行测量，其测量精度达到多波束测深仪的精度要求。
Description
技术领域
本发明及分一种峡谷狭深河段水深测量方法和装置，特别涉及一种长江三峡段水深测量。
背景技术
三峡库区及两坝间河道属高山峡谷河段，具有水深大、边壁陡峭和地形复杂等特点。水深测量精度的一直是一个问题，测深仪器受工艺的限制，目前仅能生产波束角为4度换能器的单波束测深仪和能生产波束角为1.5度换能器的多波束测深仪，由于1.5度换能器的多波束测深仪太贵重，对适用条件要求较高，不适合大面积测量使用，而单波束测深仪在峡谷狭深河段测量虽然被广泛运用，但其精度相对于多波束测深仪要差的多，我单位对长江某段水深进行试验，先用能生产波束角为4度换能器的单波束测深仪进行水深测量，之后又用能生产波束角为1.5度换能器的多波束测深仪进行水深测量，二者的误差值在7%以上，考虑到一些干扰因素，二者的误差值也在6%左右。
发明内容
本发明的目的是提供一种峡谷狭深河段水深测量方法和装置，采用单波束测深仪，即可对类似于长江三峡峡谷狭深河段水深进行测量，其测量精度达到多波束测深仪的精度要求，不仅可以降低测量成本（外购、维修多波束测深仪），还可最大以发挥现有通用设备（单波束测深仪）的作用。
为了实现上述目的，本发明技术方案是，一种峡谷狭深河段水深测量方法包括定点测深、数据分析、构建断面；
所述定点测深，采用单波束对峡谷狭深河N点进行测深，并收集单波束测深回声数据；
所述数据分析，将收集的回声数据显示为波形图，找出波形图最高点值，即N点的深度值；
所述构建断面，重复定点测深、数据分析二步对同一断面不同位置分别进行测深，获取不同位置对应的波形图最高点值，将不同位置对应的波形图最高点值连线得出峡谷狭深河的断面示意图。
进一步讲，在所述点值测深过程中采用的是单波束测深仪，所述单波束测深仪能生产波束角为4度。
进一步讲，测深方法还包括预先测深；
所述预先测深，将峡谷狭深河同一断面分隔成十二至二十四个区域，采用单波束对峡谷狭深河多个区域逐步进行探深，并将某个区域内的最先回收到的数据作为该区域的拟定深度值，再将多个区域的拟定深度值连接形成一个拟定断面。
进一步讲，方法在预先测深后还包括河流断面类型分析；
所述河流断面类型分析，对拟定断面进行分析，从拟定断面最低点（P）到最高点（M）做一条L直线，Ｌ直线与穿过最低点（Ｐ）的垂直线之间的夹角Ａ大于３０度小于６５度为狭深河段，Ｌ直线与穿过最低点（Ｐ）的垂直线之间的夹角Ａ大于６６度为平坦河段。
一种峡谷狭深河段水深测量装置包括固定平台，在所述固定平台前端设有由驱动装置驱动的旋转轴，旋转轴上设有波束探测器；
所述固定平台上设有至少二个连接座，在二个所述连接座之间设有连接转轴，支撑臂绞接在连接转轴上，在所述支撑臂与固定平台之间设有缓冲弹簧，驱动装置设置在支撑臂上。
进一步讲，固定平台上还设有气动装置，气动装置的动力输出轴与支撑臂相接触。
进一步讲，在所述支撑臂非连接端设有固定环。
本发明的优点是，采用单波束测深仪进行类似于长江三峡段水深测量，克服现有采用波束测深仪进行类似于长江三峡段水深测量精度低的问题。
现有的单波束测深仪测量取值法，即是通过单波束测深仪测发出测试信号后，将最先接受到的回声信号值作为测量的水深值（见图1中D1点所指位置，图1形成的是采用现有方法形成的图像），这也是测深行业内公认取水深方法，见哈尔滨工程大学Y1436571工学硕士学位论文“双频数字测深仪信号处理软硬件设计与实现”论文，我单位也一直采用此方法进行操作，但其精度一直存在问题，后来经过反复比对发现其精度主要是受长江三峡的地形影响，我们将原来的最先值法，改为本专利中所述的最强值法，即通过单波束测深仪发出测深信号后，将接受到最强回声信号值作为测量的水深值（见图2中D2点所指位置，图2形成的是采用本专利方法形成的图像）。
同时还在长江三峡的西陵峡陡山沱河段，做了对比试验,试验方法为采用能生产波束角为1.5度换能器的多波束测深仪进行一次测深，再用能生产波束角为4度换能器的单波束测深仪（现有方法，最先值法）方法进行一次测深，之后再用生产波束角为4度换能器的单波束测深仪（本专利方法，最高值法）方法进行一次测深，之后进行比较，以能生产波束角为1.5度换能器的多波束测深仪的结果为参照（与传统的单波束测深相比，多波束测深系统的波束角更小，测深理论精度更高。试验数据表明，在窄深河道如两坝间、三峡库区峡谷段，对同一河道断面，单波束测量的断面面积偏小，系统偏差近5%），具体结果见图3（选取了其中的一个断面对比示意图），明显本专利的方法测得深度值相对于现有方法测得深度值更接近于多波束测深仪测量结果。
在窄深河道（如两坝间、三峡库区峡谷段），单波束测深数据采用最强回波信号量取时，同一断面的形状、面积与多波束测量的相近，平均偏差近1%。
附图说明
图1为现有技术（最先值法）示意图。
图2为本发明（最高值法）示意图。
图3为第一试验断面比较图。
图4为峡谷狭深河段水深测量方法的流程示意图。
图5为峡谷狭深河段水深测量装置的结构示意图。
图6为峡谷狭深河段水深测量方法中夹角A确定的示意图。
如图中，固定平台1、驱动装置2、波束探测器3、连接座4、连接转轴5、支撑臂6、气动装置7、缓冲弹簧8。
具体实施方式
如图4中，一种峡谷狭深河段水深测量方法所述方法包括定点测深、数据分析、构建断面，优选的，方法还包括预先测深、河流断面类型分析；
所述预先测深，将峡谷狭深河同一断面分隔成十二至二十四个区域，采用单波束对峡谷狭深河多个区域逐步进行探深，并将某个区域内的最先回收到的数据作为该区域的拟定深度值，再将多个区域的拟定深度值连接形成一个拟定断面；
所述河流断面类型分析，对拟定断面进行分析，如图6中，从拟定断面最低点（P）到最高点（M）做一条L直线，Ｌ直线与穿过最低点（Ｐ）的垂直线之间的夹角Ａ大于３０度小于６５度为狭深河段，Ｌ直线与穿过最低点（Ｐ）的垂直线之间的夹角Ａ大于６６度为平坦河段，对于狭深河段采用以下定点测深、数据分析、构建断面步骤进行测深，对于平坦河段采用现有技术进行测深；
所述定点测深，采用单波束对峡谷狭深河N点进行测深，并收集单波束测深回声数据，优选的，在所述点值测深过程中采用的是单波束测深仪，所述单波束测深仪能生产波束角为4度；
所述数据分析，将收集的回声数据显示为波形图，找出波形图最高点值，即N点的深度值；
所述构建断面，重复定点测深、数据分析二步对同一断面不同位置分别进行测深，获取不同位置对应的波形图最高点值，将不同位置对应的波形图最高点值连线得出峡谷狭深河的断面示意图。
如图5中，一种峡谷狭深河段水深测量装置包括固定平台1，在所述固定平台1前端设有由驱动装置2驱动的旋转轴，旋转轴上设有波束探测器3（可以采用多波束测深仪、单波束测深仪，从经济的角度来说，采用单波束更为经济，多波束测深仪使用条件较为严格，还易在水面的摆动中造成损坏）；
固定平台1上设有至少二个连接座4，在二个所述连接座4之间设有连接转轴5，支撑臂6绞接在连接转轴5上，在所述支撑臂6与固定平台1之间设有缓冲弹簧8，驱动装置2设置在支撑臂6上，优选的，固定平台1上还设有气动装置7，气动装置7的动力输出轴与支撑臂6相接触，工作时，波束探测器3、驱动装置2、支撑臂6的重力将缓冲弹簧8压紧，在船在水面波动时，缓冲弹簧8会对水面的波动进行缓冲，以降低水面波动对波束探测器3的影响，驱动装置2驱动波束探测器3旋转，完成一个断面的探深，气动装置7使支撑臂6以连接转轴5为轴进行旋转，使缓冲弹簧8与支撑臂6相分离，即可以进行缓冲弹簧8的更换；
进一步优选的，在所述支撑臂6非连接端设有固定环，测试时，通过固定绳穿过固定环，将支撑臂6的非连接端与船体进行固定，以防止非连接端晃动，以提高放置在支撑臂6是的波束探测器3稳定性。
测量时，先将固定平台1固定在测量船体上，使波束探测器3垂直于需测量的河面，然后进行第一点的测量，再通过驱动装置2驱动波束控测器3旋转角度进行第二个点的测量，以此类推完成一个断面的测量。
Claims (7)
1.一种峡谷狭深河段水深测量方法，其特征在于：所述方法包括定点测深、数据分析、构建断面；
所述定点测深，采用单波束对峡谷狭深河N点进行测深，并收集单波束测深回声数据；
所述数据分析，将收集的回声数据显示为波形图，找出波形图最高点值，即N点的深度值；
所述构建断面，重复定点测深、数据分析对同一断面不同位置分别进行测深，获取不同位置对应的波形图最高点值，将不同位置对应的波形图最高点值连线得出峡谷狭深河的断面示意图。
2.根据权利要求1所述的一种峡谷狭深河段水深测量方法，其特征在于：在所述点值测深过程中采用的是单波束测深仪，所述单波束测深仪能生产波束角为4度。
3.根据权利要求1所述的一种峡谷狭深河段水深测量方法，其特征在于：所述测深方法还包括预先测深；
所述预先测深，将峡谷狭深河同一断面分隔成十二至二十四个区域，采用单波束对峡谷狭深河多个区域逐步进行探深，并将某个区域内的最先回收到的数据作为该区域的拟定深度值，再将多个区域的拟定深度值连接形成一个拟定断面。
4.根据权利要求3所述的一种峡谷狭深河段水深测量方法，其特征在于：所述方法在预先测深后还包括河流断面类型分析；
所述河流断面类型分析，对拟定断面进行分析，从拟定断面最低点（P）到最高点（M）做一条L直线，Ｌ直线与穿过最低点（Ｐ）的垂直线之间的夹角Ａ大于３０度小于６５度为狭深河段，Ｌ直线与穿过最低点（Ｐ）的垂直线之间的夹角Ａ大于６６度为平坦河段。
5.一种峡谷狭深河段水深测量装置,其特征是:所述测量装置包括固定平台，在所述固定平台前端设有由驱动装置驱动的旋转轴，旋转轴上设有波束探测器；
所述固定平台上设有至少二个连接座，在二个所述连接座之间设有连接转轴，支撑臂绞接在连接转轴上，在所述支撑臂与固定平台之间设有缓冲弹簧，驱动装置设置在支撑臂上。
6.根据权利要求5所述的一种峡谷狭深河段水深测量装置,其特征是:所述固定平台上还设有气动装置，气动装置的动力输出轴与支撑臂相接触。
7.根据权利要求5所述的一种峡谷狭深河段水深测量装置,其特征是:在所述支撑臂非连接端设有固定环。
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