CN110082786B - 一种刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，包括船体、清淤主体、控制显示装置、GPS基准站和GPS流动站，船体上固定清淤主体，清淤主体上设置两组信号接收装置，两组信号接收装置通过无线电通讯链接收GPS基准站的差分信息与卫星定位信息，以采集确定信号接收装置的相位中心的位置信息，两组信号接收装置通过数据线电性连接控制显示装置，控制显示装置用于接收信号接收装置采集的位置信息，GPS流动站用于采集控制点的坐标信息。本发明采用该系统，能够在进行河道清淤过程中，以全球定位系统为依托，数据的快速结算为基础，采用数据通讯手段实时了解清淤过程中的清淤效果，且可有效避免对清淤点的遗漏问题。
Description
技术领域
本发明涉及河道清淤技术领域，尤其涉及一种刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统。
背景技术
现有的清淤船均是在清淤工作完成之后，再采用测深仪或花杆进行清淤效果的检查，这种方式效率较低，同时也不能全面地普查个别漏掉的清淤地点，若是检查出某处或多处漏掉的清淤地点，则需要清淤船重新到达这些地方进行清淤，不仅增加了工作强度，而且难以保证清淤船良好的清淤效果。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种能够在进行河道清淤过程中，以全球定位系统为依托，数据的快速结算为基础，采用数据通讯手段实时了解清淤过程中的清淤效果，且可有效避免对清淤点的遗漏问题的刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，其中所述刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统包括船体、清淤主体、控制显示装置、GPS基准站和GPS流动站，所述船体上固定清淤主体，且该船体上设置控制显示装置，所述清淤主体上设置两组信号接收装置，两组所述信号接收装置通过无线电通讯链接收GPS基准站的差分信息与卫星定位信息，以采集确定信号接收装置的相位中心的位置信息，所述位置信息包括平面坐标信息和高程信息，且两组信号接收装置均设置为通过数据线电性连接控制显示装置，所述控制显示装置用于接收信号接收装置采集的位置信息，所述GPS基准站与船体之间的间距设置为小于5千米，且该GPS基准站设置于河岸上，所述GPS流动站用于采集控制点的坐标信息，且将该坐标信息反馈至控制显示装置。
进一步地，所述清淤主体设置为包括液压杆支架、液压杆、机械臂和绞吸头，所述液压杆支架固定于船体上，且该液压杆支架上固定液压杆的一端，所述液压杆的另一端铰接机械臂，所述机械臂远离船体的部分固定绞吸头。
进一步地，所述信号接收装置设置为GPS天线一与GPS天线二，所述GPS天线一与GPS天线二设置为相同规格，且GPS天线一与GPS天线二均通过转换接头固定于机械臂上靠近船体的部分，所述GPS天线一与GPS天线二之间的间距为L1，所述GPS天线二与绞吸头之间的间距为L2。
进一步地，所述控制显示装置设置为包括主机、控制面板、显示主体和蓄电池，所述主机、控制面板和显示主体均设置为电性连接蓄电池，所述主机的输入端设置为电性连接控制面板，且该主机的输出端设置为电性连接显示主体。
进一步地，所述主机设置为包括主控模块、标准信息模块、坐标系转换参数计算模块、基本参数输入模块、绞吸头位置检校模块、监控模块和计算清淤量模块，所述主控模块电性连接标准信息模块、坐标系转换参数计算模块、基本参数输入模块、绞吸头位置检校模块、监控模块、计算清淤量模块、液压杆和绞吸头；
所述标准信息模块用于接收导入的原始水下地形图并将其作为底图；
所述基本参数输入模块用于绞吸头和GPS天线二之间的间距L2以及GPS天线一和GPS天线二之间的间距L1；
所述监控模块对坐标系转换参数计算模块反馈至主控模块的信息进行显示，以实时记录绞吸头的位置信息以及绞吸头在底图中的清淤轨迹；
所述计算清淤量模块以底图中的高程信息和监控模块所记录的绞吸头的高程信息进行清淤量的计算。
进一步地，所述坐标系转换参数计算模块将采集的控制点的数据信息进行转换以获得其在底图中的图上坐标，并使得该图上坐标结合L1、L2实时计算绞吸头在底图中的图上坐标，从而通过显示主体显示绞吸头的清淤轨迹及位置信息等，其中，采集的控制点的数据信息包括信号接收装置采集的位置信息和GPS流动站采集的控制点的坐标信息，控制点的坐标信息与控制点标准坐标信息进行坐标系转换，以计算出平面坐标和高程转换参数，位置信息包括平面坐标信息和高程信息。
进一步地，所述绞吸头位置检校模块设置为包括粗略检校单元和数据检校单元，所述粗略检校单元设置为通过显示主体观察并确保绞吸头处于底图中，从而实现对绞吸头位置的粗略检校，所述数据检校单元设置为通过比较计算的绞吸头位置信息与GPS流动站采集的绞吸头位置信息并确保两者的点位差小于5cm，以完成对绞吸头位置的数据检校。
进一步地，所述GPS基准站由GPS接收机、无线电台、天线、供电装置和三脚架组成，所述GPS接收机与无线电台通过供电装置提供电能，所述GPS接收机通过天线接收卫星定位信息，并实时提供差分修正信息，所述无线电台用于将GPS接收机的差分修正信息发送至信号接收装置，用于实现信号接收装置的实时定位。
本发明具有的优点和积极效果是：
(1)通过控制显示装置、GPS基准站、GPS流动站和信号接收装置的配合，能够以GPS(全球定位系统)为依托，控制显示装置部分数据的快速结算为基础，采用数据通讯手段，不仅由控制显示装置实时显示了解清淤主体的清淤效果，而且可有效避免对清淤点的遗漏。
(2)通过液压杆能够使得机械臂根据水下情况上下摆动，以保证良好的清淤效果，而液压杆支架的设置，则可方便液压杆对机械臂的操控。
(3)通过GPS天线一与GPS天线二能够接收GPS基准站的差分信息，从而分别确定GPS天线一与GPS天线二的相位中心的位置信息，以与GPS基准站相配合，并结合绞吸头和GPS天线二之间的间距L2以及GPS天线一和GPS天线二之间的间距L1，由坐标系转换参数计算模块实时计算绞吸头在底图中的图上坐标。
(4)通过绞吸头位置检校模块，能够由GPS基准站、GPS天线一和GPS天线二相配合计算绞吸头在底图中的图上坐标，并与GPS流动站采集的绞吸头位置信息进行比较，以确保绞吸头在底图中的相对位置正确，实现对绞吸头位置的数据检校。
附图说明
图1是本发明的结构框图示意图。
图2是本发明的主视结构示意图。
图3是本发明的俯视结构示意图。
图中：船体10，清淤主体20，液压杆支架201，液压杆202，机械臂203，绞吸头204，控制显示装置30，主机301，控制面板302，显示主体303，蓄电池304，主控模块305，标准信息模块306，坐标系转换参数计算模块307，基本参数输入模块308，绞吸头位置检校模块309，监控模块310，计算清淤量模块311，GPS基准站40，GPS流动站50，信号接收装置60，GPS天线一601，GPS天线二602。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
如图1所示，一种刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，包括船体10、清淤主体20、控制显示装置30、GPS基准站40和GPS流动站50，船体10上固定清淤主体20，且该船体10上设置控制显示装置30，清淤主体20上设置两组信号接收装置60，两组信号接收装置60通过无线电通讯链接收GPS基准站40的差分信息与卫星定位信息，以采集确定信号接收装置60的相位中心的位置信息，位置信息包括平面坐标信息和高程信息，且两组信号接收装置60均设置为通过数据线电性连接控制显示装置30，控制显示装置30用于接收信号接收装置60采集的位置信息，GPS基准站40与船体10之间的间距设置为小于5千米，且该GPS基准站40设置于河岸上，GPS流动站50用于采集控制点的坐标信息，且将该坐标信息反馈至控制显示装置30，通过控制显示装置30、GPS基准站40、GPS流动站50和信号接收装置60的配合，能够以GPS(全球定位系统)为依托，控制显示装置30部分数据的快速结算为基础，采用数据通讯手段，不仅由控制显示装置30实时显示了解清淤主体20的清淤效果，而且可有效避免对清淤点的遗漏。
如图2所示，清淤主体20设置为包括液压杆支架201、液压杆202、机械臂203和绞吸头204，液压杆支架201固定于船体10上，且该液压杆支架201上固定液压杆202的一端，液压杆202的另一端铰接机械臂203，机械臂203远离船体10的部分固定绞吸头204，通过液压杆202能够使得机械臂203根据水下情况上下摆动，以保证良好的清淤效果，而液压杆支架201的设置，则可方便液压杆202对机械臂203的操控。
如图2所示，信号接收装置60设置为GPS天线一601与GPS天线二602，GPS天线一601与GPS天线二602设置为相同规格，且GPS天线一601与GPS天线二602均通过转换接头固定于机械臂203上靠近船体10的部分，GPS天线一601与GPS天线二602之间的间距为L1，GPS天线二602与绞吸头204之间的间距为L2，具体地，GPS天线一601与GPS天线二602之间的间距L1设置为大于1.5m，通过GPS天线一601与GPS天线二602能够接收GPS基准站40的差分信息，从而分别确定GPS天线一601与GPS天线二602的相位中心的位置信息，以与GPS基准站40相配合，并结合绞吸头204和GPS天线二602之间的间距L2以及GPS天线一601和GPS天线二602之间的间距L1，由坐标系转换参数计算模块307实时计算绞吸头204在底图中的图上坐标。
如图1所示，控制显示装置30设置为包括主机301、控制面板302、显示主体303和蓄电池304，主机301、控制面板302和显示主体303均设置为电性连接蓄电池304，主机301的输入端设置为电性连接控制面板302，且该主机301的输出端设置为电性连接显示主体303。
如图1所示，主机301设置为包括主控模块305、标准信息模块306、坐标系转换参数计算模块307、基本参数输入模块308、绞吸头位置检校模块309、监控模块310和计算清淤量模块311，主控模块305电性连接标准信息模块306、坐标系转换参数计算模块307、基本参数输入模块308、绞吸头位置检校模块309、监控模块310、计算清淤量模块311、液压杆202和绞吸头204，通过主机301控制各部分的工作情况。
标准信息模块306用于接收导入的原始水下地形图并将其作为底图。
基本参数输入模块308用于录入绞吸头204和GPS天线二602之间的间距L2以及GPS天线一601和GPS天线二602之间的间距L1。
监控模块310对坐标系转换参数计算模块307反馈至主控模块305的信息进行显示，以实时记录绞吸头204的位置信息以及绞吸头204在底图中的清淤轨迹。
计算清淤量模块311以底图中的高程信息和监控模块310所记录的绞吸头204的高程信息进行清淤量的计算。
坐标系转换参数计算模块307将采集的控制点的数据信息进行转换以获得其在底图中的图上坐标，并使得该图上坐标结合L1、L2实时计算绞吸头204在底图中的图上坐标，从而通过显示主体303显示绞吸头204的清淤轨迹及位置信息等，其中，采集的控制点的数据信息包括信号接收装置60采集的位置信息和GPS流动站50采集的控制点的坐标信息，控制点的坐标信息与控制点标准坐标信息进行坐标系转换，以计算出平面坐标和高程转换参数，控制点标准坐标信息是当地测绘部门采集的清淤河道附近控制点标准数据，位置信息包括平面坐标信息和高程信息。
如图1所示，绞吸头位置检校模块309设置为包括粗略检校单元和数据检校单元，粗略检校单元设置为通过显示主体303观察并确保绞吸头204处于底图中，从而实现对绞吸头204位置的粗略检校，数据检校单元设置为通过比较计算的绞吸头204位置信息与GPS流动站50采集的绞吸头204位置信息并确保两者的点位差小于5cm，以完成对绞吸头204位置的数据检校，通过绞吸头位置检校模块309，能够由GPS基准站40、GPS天线一601和GPS天线二602相配合计算绞吸头204在底图中的图上坐标，并与GPS流动站50采集的绞吸头204位置信息进行比较，以确保绞吸头204在底图中的相对位置正确，实现对绞吸头204位置的数据检校。
如图1所示，GPS基准站40由GPS接收机、无线电台、天线、供电装置和三脚架组成，GPS接收机与无线电台通过供电装置提供电能，GPS接收机通过天线接收卫星定位信息，并实时提供差分修正信息，无线电台用于将GPS接收机的差分修正信息发送至信号接收装置60，用于实现信号接收装置60的实时定位。
使用本发明提供的刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，能够在进行河道清淤过程中，以全球定位系统为依托，数据的快速结算为基础，采用数据通讯手段实时了解清淤过程中的清淤效果，且可有效避免对清淤点的遗漏问题。该清淤船清淤效果的监控过程如下：
1、在机械臂203上安装绞吸头204、GPS天线一601和GPS天线二602，并保证GPS天线一601和GPS天线二602之间的间距为L1，绞吸头204和GPS天线一601之间的间距为L2，且将GPS天线一601和GPS天线二602通过数据线连接控制显示装置30中的坐标系转换参数计算模块307，然后在河岸上架设GPS基准站40，使得GPS基准站40与船体10之间的间距小于5千米，同时操作人员在河岸上操控GPS流动站50进行附近控制点坐标信息的采集，并反馈该坐标信息至控制显示装置30；
2、通过控制面板302启动该监控系统工作，在基本参数输入模块308中录入绞吸头204和GPS天线二602之间的间距L2以及GPS天线一601和GPS天线二602之间的间距L1；
3、将原始水下地图导入标准信息模块306中作为底图，GPS天线一601和GPS天线二602通过无线电通讯链接收GPS基准站40的差分信息与卫星定位信息，以分别确定GPS天线一601和GPS天线二602的相位中心的平面坐标信息和高程信息，由坐标系转换参数计算模块307对GPS天线一601和GPS天线二602采集的位置信息(即平面坐标信息和高程信息)，进行转换以获得位置信息在底图中的图上坐标，且该坐标系转换参数计算模块307结合L1、L2的值实时计算绞吸头204在底图中的图上坐标，另外，GPS流动站50采集的控制点的坐标信息也反馈至坐标系转换参数计算模块307进行转换，以获得该坐标信息在底图中的图上坐标；
4、由绞吸头位置检校模块309中的粗略检校单元和数据检校单元进行绞吸头204位置的检校，即先通过显示主体303观察并确保绞吸头204处于底图中，从而实现对绞吸头204位置的粗略检校，再比较绞吸头204位置信息与GPS流动站50采集的绞吸头204位置信息并确保两者的点位差小于5cm，以完成对绞吸头204位置的数据检校；
5、通过控制面板302启动绞吸头204开始工作，且待绞吸头204落至河流底部时开启监控模块310工作，绞吸头204对淤泥进行削切，并将绞成的泥浆通过船体10上的泥浆泵、以及设置于机械臂203上的泥浆管道的配合(泥浆泵的输入端连接绞吸头204，且该泥浆泵的输出端连接泥浆泵的泵吸口)，抽走泥浆，监控模块310对坐标系转换参数计算模块307反馈至主控模块305的信息进行显示，以实时记录绞吸头204的位置信息以及绞吸头204在底图中的清淤轨迹，从而实现对清淤船过程的监控，有效避免清淤点的遗漏问题；
6、按照上述步骤5完成一定的清淤工作量后，可由控制面板302启动计算清淤量模块311工作，通过计算清淤量模块311以底图中的高程信息和监控模块310所记录的绞吸头204的高程信息进行清淤量的计算，以获得该时间段内或该区域内完成的清淤量；
7、待需进行不同河道的清淤时，重复上述步骤1-6，即可完成对河道的实时监控清淤过程，避免清淤点的遗漏问题。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (5)
1.一种刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，其特征在于：所述刚性机械臂(203)小型清淤船清淤效果实时监控系统包括船体(10)、清淤主体(20)、控制显示装置(30)、GPS基准站(40)和GPS流动站(50)，所述船体(10)上固定清淤主体(20)，且该船体(10)上设置控制显示装置(30)，所述清淤主体(20)上设置两组信号接收装置(60)，信号接收装置(60)包括GPS天线一（601）和GPS天线二（602），两组所述信号接收装置(60)通过无线电通讯链接收GPS基准站(40)的差分信息与卫星定位信息，以采集确定信号接收装置(60)的相位中心的位置信息，所述位置信息包括平面坐标信息和高程信息，且两组信号接收装置(60)均设置为通过数据线电性连接控制显示装置(30)，所述控制显示装置(30)用于接收信号接收装置(60)采集的位置信息，所述GPS基准站(40)与船体(10)之间的间距设置为小于5千米，且该GPS基准站(40)设置于河岸上，所述GPS流动站(50)用于采集控制点的坐标信息，且将该坐标信息反馈至控制显示装置(30)；
所述清淤主体(20)设置为包括液压杆支架(201)、液压杆(202)、机械臂(203)和绞吸头(204)，所述液压杆支架(201)固定于船体(10)上，且该液压杆支架(201)上固定液压杆(202)的一端，所述液压杆(202)的另一端铰接机械臂(203)，所述机械臂(203)远离船体(10)的部分固定绞吸头(204)；
所述控制显示装置(30)包括主机(301)，所述主机(301)设置为包括主控模块(305)、标准信息模块(306)、坐标系转换参数计算模块(307)、基本参数输入模块(308)、绞吸头位置检校模块(309)、监控模块(310)和计算清淤量模块(311)，所述主控模块(305)电性连接标准信息模块(306)、坐标系转换参数计算模块(307)、基本参数输入模块(308)、绞吸头位置检校模块(309)、监控模块(310)、计算清淤量模块(311)、液压杆(202)和绞吸头(204)；
所述绞吸头位置检校模块(309)设置为包括粗略检校单元和数据检校单元，所述粗略检校单元设置为通过显示主体(303)观察并确保绞吸头(204)处于底图中，从而实现对绞吸头(204)位置的粗略检校，所述数据检校单元设置为通过比较计算的绞吸头(204)位置信息与GPS流动站(50)采集的绞吸头(204)位置信息并确保两者的点位差小于5cm，以完成对绞吸头(204)位置的数据检校；
所述标准信息模块(306)用于接收导入的原始水下地形图并将其作为底图；
所述基本参数输入模块(308)用于绞吸头(204)和GPS天线二(602)之间的间距L2以及GPS天线一(601)和GPS天线二(602)之间的间距L1；
所述坐标系转换参数计算模块(307)将采集的位置信息进行转换以获得位置信息在底图中的图上坐标，并使得该图上坐标结合L1、L2实时计算绞吸头(204)在底图中的图上坐标，同时GPS流动站（50）采集的控制点的坐标信息也反馈至坐标系转换参数计算模块（307）进行转换，以获得该坐标信息在底图中的图上坐标，从而通过显示主体(303)显示绞吸头(204)的清淤轨迹及位置信息；
所述监控模块(310)对坐标系转换参数计算模块(307)反馈至主控模块(305)的信息进行显示，以实时记录绞吸头(204)的位置信息以及绞吸头(204)在底图中的清淤轨迹；
所述计算清淤量模块(311)以底图中的高程信息和监控模块(310)所记录的绞吸头(204)的高程信息进行清淤量的计算。
2.根据权利要求1所述的刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，其特征在于：所述信号接收装置(60)设置为GPS天线一(601)与GPS天线二(602)，所述GPS天线一(601)与GPS天线二(602)设置为相同规格，且GPS天线一(601)与GPS天线二(602)均通过转换接头固定于机械臂(203)上靠近船体(10)的部分，所述GPS天线一(601)与GPS天线二(602)之间的间距为L1，所述GPS天线二(602)与绞吸头(204)之间的间距为L2。
3.根据权利要求2所述的刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，其特征在于：所述控制显示装置(30)还包括控制面板(302)、显示主体(303)和蓄电池(304)，所述主机(301)、控制面板(302)和显示主体(303)均设置为电性连接蓄电池(304)，所述主机(301)的输入端设置为电性连接控制面板(302)，且该主机(301)的输出端设置为电性连接显示主体(303)。
4.根据权利要求3所述的刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，其特征在于：其中，采集的控制点的数据信息包括信号接收装置(60)采集的位置信息和GPS流动站(50)采集的控制点的坐标信息，控制点的坐标信息与控制点标准坐标信息进行坐标系转换，以计算出平面坐标和高程转换参数，位置信息包括平面坐标信息和高程信息。
5.根据权利要求1所述的刚性机械臂小型清淤船清淤效果实时监控系统，其特征在于：所述GPS基准站(40)由GPS接收机、无线电台、天线、供电装置和三脚架组成，所述GPS接收机与无线电台通过供电装置提供电能，所述GPS接收机通过天线接收卫星定位信息，并实时提供差分修正信息，所述无线电台用于将GPS接收机的差分修正信息发送至信号接收装置(60)，用于实现信号接收装置(60)的实时定位。
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