CN108278994A - 一种小型无人船水下测绘方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种小型无人船水下测绘方法，包括如下步骤：选择一测绘区域，将所述无人船置于所述测绘区域的边缘，记为初始位置O；使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿y方向直线行驶；使无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶；判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，若否，返回步骤上述步骤，若是，执行如下步骤；停止测绘，计算并绘制所述测绘区域地形图。本发明所述无人船能够对水下障碍物及测绘区域边界进行准确探测，克服了水下无法实现GPS定位、信息传输的传统技术障碍，有效的获取到水下区域的整体状况，便于水下捕鱼、潜水等作业。

Description

一种小型无人船水下测绘方法及设备

技术领域

本发明属于水下测绘技术领域，尤其涉及一种小型无人船水下测绘方法及设备。

背景技术

现有技术中，对于陆地地表地形测量，基本上是利用航空拍摄的方法进行测量，对于水下地形测量则不能使用航空拍摄，通常，根据不同的水域，进行水下测量的方法也不尽相同，在水流平静面积较小的河流湖泊使用经纬仪、电磁波测距仪、标尺等就可以测出地形图，对于流水湍急的河流则需要别的特殊方法进行测量了。在面积广阔的湖面上定位的精度要求不高时使用无线电测量，精度要求较高时则采用电子数据采集和微波测距系统测量。但这些方法基本局限于对水域表面的测量，而如果要对水底的情况进行测量，原始的方法只能使用测深锤和测深杆进行测量，但是这些只能测量深度信息，而不能绘制水下的准确情况。有鉴于此，如今迫切需要设计一种视能够准确测量水下的地形地貌的方法，对不同水域下的复杂环境能够准确的进行测量并绘制地形图，为水下作业提供极大的便利。

发明内容

本发明实施例提供了一种小型无人船水下测绘方法及设备，以解决现有水下无法准确测绘的技术问题。

本发明实施例提供的一种小型无人船水下测绘方法，包括如下步骤：

S100：选择一测绘区域，将所述无人船置于所述测绘区域的边缘，记为初始位置O；

S200：使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿y方向直线行驶；

S300：使无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶；

S400：判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，若否，返回步骤S200，若是，执行如下步骤；

S500：停止测绘，计算并绘制所述测绘区域地形图。

进一步的，所述步骤S200包括：使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后，当声呐装置探测到所述无人船行驶到所述测绘区域边沿时转弯，沿y方向直线行驶，此时满足如下关系：

a₁＝v·t＝a-w/2

其中，a₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，a为测绘区域x方向长度，w为声呐扫描范围直径。

进一步的，所述步骤S200还包括：更新长度a为a₁，再次转弯时满足如下关系：

a₂＝v·t＝a₁-w/2＝a-w

直到第n次转弯时满足如下关系：

a_n＝v·t＝a_n-1-w

其中，n表示第n次转弯。

进一步的，所述步骤S300包括：所述无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶，其中，所述一定距离b₁满足如下关系：

b₁＝v·t＝b-d/2-w/2

其中，b₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，b为测绘区域y方向长度，d为无人船宽度，w为声呐扫描范围直径。

进一步的，所述步骤S300包括：更新长度b为b₁，再次转弯时满足如下关系：

b₂＝v·t＝b₁-w

直到第n次转弯时满足如下关系：

b_n＝v·t＝b_n-1-w

其中，n表示第n次转弯。

进一步的，所述步骤S400中，判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，包括：所述a_n<δ，和/或所述b_n<δ，其中δ表示x方向或y方向的为防止碰撞的边界余量。

进一步的，所述步骤S300包括：所述无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶，其中，所述一定距离b₁满足如下关系：

b₁＝v·t＝w

其中，b₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，w为声呐扫描范围直径。

进一步的，所述步骤S400中，判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，包括：

b₁+b₂+...+b_n+d/2+w/2≥b-δ

其中，b_n为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，b为测绘区域y方向长度，d为无人船宽度，w为声呐扫描范围直径，δ表示y方向的为防止碰撞的边界余量。

进一步的，所述步骤S200和/或所述步骤S300中，所述无人船在行驶过程中遇到障碍物，由避障单元探测障碍物半径r，当r大于等于避障单元探测的最大半径R时，无人船原地停止；当r小于R时，则无人船按r+θ的转弯半径进行转向，θ为转向余量。

本发明实施例提供的一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述权利要求1-9任一所述的方法。

本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

通过所述无人船自身携带的壁障装置，如红外/超声/激光扫描仪/单目或双目视觉计，磁力计，惯性测量单元，如陀螺仪和加速计等，能够对水下障碍物及测绘区域边界进行准确探测，通过给出的无人船不同行驶路线测绘方法，能够全方位的对选定测绘区域的地形地貌进行地毯式测绘，准确的获取水下的地形地貌概况，克服了水下无法实现GPS定位、信息传输的传统技术障碍，有效的获取到水下区域的整体状况，便于水下捕鱼、潜水等作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例所述无人船水下测绘方法的流程图；

图2是本发明一个实施例所述无人船水下测绘方法的区域选择示意图；

图3是本发明一个实施例所述无人船水下测绘方法的原理图；

图4是本发明另一个实施例所述无人船水下测绘方法的原理图；

图5是本发明一个实施例所述无人船水下测绘避障原理示意图；

图6是本发明一个实施例所述无人船水下测绘方法的电子设备的硬件结构连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供的一种小型无人船水下测绘方法，包括如下步骤：

S100：选择一测绘区域，将所述测绘区域的边缘，记为初始位置O；

S200：使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿y方向直线行驶；

S300：使无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶；

S400：判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，若否，返回步骤S200，若是，执行如下步骤；

S500：停止测绘，计算并绘制所述测绘区域地形图。

其中，步骤S100中，如图2所示，通常将所述测绘起点置于选定区域的角落，这样可以无死角的对全区域的水域进行测量，将无人船置于该角落起始航行，该选定区域最好为矩形区域，这样，测绘结果将会最吻合，否则，对于边缘的一些无规则畸形区域将会存在一些误差，该选定区域，优选为静态水域，例如湖泊、池塘等。

步骤S200中，由于无人船设置有惯性测量单元，如陀螺仪和加速计，以及磁力计，可以通过姿态控制使无人船沿直线行驶，同时由加速度积分获取速度v，当无人船行驶到测绘区域边沿时，由避障装置，如红外、超声声呐、激光扫描仪、单目或双目视觉计探测到边沿后使船停止，这样可以保证无人船沿直线行驶到被测区域的边缘后转弯。

同理，步骤S300中，也使无人船通过惯性测量单元磁力计等控制姿态沿直线行驶，同时由加速度积分获取速度v，当无人船行驶到预设位置时，例如可以是行驶了预定时间，也可以是行驶到预设边缘，由避障装置，如红外、超声声呐、激光扫描仪、单目或双目视觉计探测到边沿后使船停止，然后使无人船沿直线行驶到相应位置后转弯。

其中，步骤S400中，结合无人船的尺寸、声呐探测范围等因素，确定一个测绘区域值，由无人船判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，若不满足该条件，说明还可以继续行驶测绘，返回步骤S200、S300继续执行，若满足该预设条件，说明剩余待测区域的距离范围已经足够小，没有必要再进行直线运动测量，可以停止了。

其中，步骤S500中，岸上计算机系统或者无人船自身的计算计算机系统接收到停止测绘命令后，开始计算并绘制之前存储于存储系统的测量信息，采用2D或3D绘图方法，形成较真实的测绘区域地形图。

如图3所示，在其中一种实施方式中，所述无人船按照内螺旋航行方式测绘，所述步骤S200包括：使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后，当声呐装置探测到所述无人船行驶到所述测绘区域边沿时转弯，沿y方向直线行驶，此时满足如下关系：

a₁＝v·t＝a-w/2

其中，a₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，a为测绘区域x方向长度，w为声呐扫描范围直径。

通过设置w/2的范围，使得无人船尽可能的保证既能测量到所选定区域的边缘，又减少航行距离，保证测量效率。上述a₁只是无人船行进第一趟直线时的距离。下面，进一步的，实施下一次x方向测量时，所述步骤S200还包括：更新长度a为a₁，再次转弯时满足如下关系：

a₂＝v·t＝a₁-w/2＝a-w

以此类推，直到第n次转弯时满足如下关系：

a_n＝v·t＝a_n-1-w

其中，n表示第n次转弯。

这样就可以通过迭代的方式，确定每次转弯后x方向的行进距离，通过n次的测量，可以将x方向的测绘区域范围内的地形地貌测量完毕。

另外的，该实施例中，所述步骤S300包括：所述无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶，其中，沿y方向行驶的第一次的一定距离b₁满足如下关系：

b₁＝v·t＝b-d/2-w/2

其中，b₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，b为测绘区域y方向长度，d为无人船宽度，w为声呐扫描范围直径。

特别情况，如需要多次折返，所述步骤S300包括：更新长度b为b₁，再次转弯时满足如下关系：

b₂＝v·t＝b₁-w

直到第n次转弯时满足如下关系：

b_n＝v·t＝b_n-1-w

其中，n表示第n次转弯。

这样就可以通过迭代的方式，确定每次转弯后y方向的行进距离，通过n次的测量，可以将y方向的测绘区域范围内的地形地貌测量完毕。

上述x、y方向分别为沿所述选定区域的两个边的方向，如图2所示。

本实施例的进一步方案中，所述步骤S400中，判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，包括：所述a_n<δ，和/或所述b_n<δ，其中δ表示x方向或y方向的为防止碰撞的边界余量。

如图4所示，在另一种实施方式中，所述无人船按照“S”型航行方式测绘，该航行方式中，所述步骤S200包括：使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后，当声呐装置探测到所述无人船行驶到所述测绘区域边沿时转弯，沿y方向直线行驶，此时满足如下关系：

a₁＝v·t＝a-w/2

其中，a₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，a为测绘区域x方向长度，w为声呐扫描范围直径。

通过设置w/2的范围，使得无人船尽可能的保证既能测量到所选定区域的边缘，又减少航行距离，保证测量效率。上述a₁只是无人船行进第一趟直线时的距离。

然后无人船右转，沿y方向测量，行驶一定距离b₁后右转沿x方向行驶，所述一定距离b₁满足如下关系：

b₁＝v·t＝w

其中，b₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，w为声呐扫描范围直径。

下面，进一步的，实施下一次x方向测量时，所述步骤S200还包括：更新长度a为a₁，再次转弯时满足如下关系：

a₂＝v·t＝a₁-w/2＝a-w

以此类推，直到第n次转弯时满足如下关系：

a_n＝v·t＝a_n-1-w

其中，n表示第n次转弯。

这样就可以通过迭代的方式，确定每次转弯后x方向的行进距离，通过n次的测量，可以将x方向的测绘区域范围内的地形地貌测量完毕。

而该航行测绘方式中，所述步骤S300优选为包括：所述无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶，

特别可以进一步理解，所述步骤S400中，判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，包括：

b₁+b₂+...+b_n+d/2+w/2≥b-δ

其中，b_n为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，b为测绘区域y方向长度，d为无人船宽度，w为声呐扫描范围直径，δ表示y方向的为防止碰撞的边界余量。

如图5所示，上述两种实施方式中，无论哪一种航行方式，所述步骤S200和/或所述步骤S300中，所述无人船在行驶过程中遇到障碍物，由避障单元，如红外、超声声呐、激光扫描仪、单目或双目视觉计等探测障碍物半径r，当障碍物半径r大于等于避障单元探测的最大半径R时，无人船原地停止，因为此时无人船无法确认该障碍物的尺寸，无法实施绕行；当障碍物半径r小于避障单元探测的最大半径R时，则无人船按r+θ的转弯半径进行转向，θ为转向余量。这样，无人船就可以将障碍物绕过去后继续行进。

综上，本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：

通过所述无人船自身携带的壁障装置，如红外、超声声呐、激光扫描仪、单目或双目视觉计，磁力计，惯性测量单元，如陀螺仪和加速计等，能够对水下障碍物及测绘区域边界进行准确探测，通过给出的无人船不同行驶路线测绘方法，能够全方位的对选定测绘区域的地形地貌进行地毯式测绘，准确的获取水下的地形地貌概况，克服了水下无法实现GPS定位、信息传输的传统技术障碍，有效的获取到水下区域的整体状况，便于水下捕鱼、潜水等作业。

实施例2

本发明实施例提供的一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行实施例所述航行测绘中任一所述的方法。

实施例3

本申请实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的无人船测绘方法。

实施例4

图6是本实施例提供的无人船水下测绘方法的电子设备的硬件结构示意图，如图6所示，该设备包括：

一个或多个处理器610以及存储器620，图6中以一个处理器610为例。

执行无人船测绘方法的设备还可以包括：输入装置630和输出装置640。

处理器610、存储器620、输入装置630和输出装置640可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器620作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的无人船水下测绘方法对应的程序指令/模块。处理器610通过运行存储在存储器620中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例无人船水下测绘方法。

存储器620可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据无人船水下测绘控制装置的使用所创建的数据等。此外，存储器620可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

输入装置630可接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置640可包括显示屏等显示设备。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器620中，当被所述一个或者多个处理器610执行时，执行上述任意方法实施例中的无人船水下测绘方法。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种小型无人船水下测绘方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100：选择一测绘区域，将所述测绘区域的边缘设定为初始位置；

S200：使无人船沿x方向直线行驶，行驶一距离后转弯，沿y方向直线行驶；

S300：使无人船沿y方向直线行驶，行驶另一距离后转弯，沿x方向直线行驶；

S400：判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，若否，返回步骤S200，若是，执行如下步骤；

S500：停止测绘，计算并绘制所述测绘区域地形图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200包括：

使无人船沿x方向直线行驶，行驶一距离后，当声呐装置探测到所述无人船行驶到所述测绘区域边沿时转弯，沿y方向直线行驶，此时所述一距离a₁满足如下关系：

a₁＝v·t＝a-w/2

其中，a₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，a为测绘区域x方向长度，w为声呐扫描范围直径。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S200还包括：更新长度a为a₁，再次转弯时满足如下关系：

a₂＝v·t＝a₁-w/2＝a-w

直到第n次转弯时满足如下关系：

a_n＝v·t＝a_n-1-w

其中，n为自然数，表示第n次转弯。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S300包括：所述无人船沿y方向直线行驶，行驶另一距离后转弯，沿x方向直线行驶，其中，所述另一距离b₁满足如下关系：

b₁＝v·t＝b-d/2-w/2

其中，b₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，b为测绘区域y方向长度，d为无人船宽度，w为声呐扫描范围直径。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S300包括：更新长度b为b₁，再次转弯时满足如下关系：

b₂＝v·t＝b₁-w

直到第n次转弯时满足如下关系：

b_n＝v·t＝b_n-1-w

其中，n为自然数，n表示第n次转弯。

6.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于，所述步骤S400中，判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，包括：

所述a_n<δ，和/或所述b_n<δ，其中δ表示x方向或y方向的为防止碰撞的边界余量。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S300包括：所述无人船沿y方向直线行驶，行驶另一距离后转弯，沿x方向直线行驶，其中，所述另一距离b₁满足如下关系：

b₁＝v·t＝w

其中，b₁为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，w为声呐扫描范围直径。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S400中，判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，包括：

b₁+b₂+...+b_n+d/2+w/2≥b-δ

其中，b_n为当前无人船行驶距离，v为行驶速度，t为行驶时间，b为测绘区域y方向长度，d为无人船宽度，w为声呐扫描范围直径，δ表示y方向的为防止碰撞的边界余量。

9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S200和/或所述步骤S300中，所述无人船在行驶过程中遇到障碍物，由避障单元探测障碍物半径r，当r大于等于避障单元探测的最大半径R时，无人船原地停止；当r小于R时，则无人船按r+θ的转弯半径进行转向，θ为转向余量。

10.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述权利要求1-9任一所述的方法。