CN110186436A - 基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统及方法，包括测深仪模块，用于采集水深数据；全球定位系统模块，用于采集平面坐标位置、海拔高度和方向角；计算机模块，用于通过预装软件连接测深仪模块和全球定位系统模块，并记录储存采集的数据；后处理模块，用于处理水下地形测量数据并生成可视化地形图。本发明通过全球定位系统与超声波测深仪相结合，能精确测量并实时显示测点的深度、平面坐标、高程等数据，提升了测量效率；测量点位密集、数据精确，保证了测量精度，能准确反映河床的实际地形结果；通过南方CASS软件和BIM Revit软件进行后处理，并生成地形的等高线图和三维势图，为后续施工提供了可靠、有效的实际数据支撑和图形指导。

Description

基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统及方法

技术领域

本发明属于水下测量技术领域，特别涉及一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统及方法。

背景技术

目前，在水下地形测量中，较为原始的方法是采用全站仪或GPS—RTK仪器放样出各点位，再通过测绳量测各点位的水深，最后将测量的数据归集整理再处理，处理后的测量结果用于指导水下相关施工。该方法由于是通过人工逐个点位测量、汇总整理数据，存在位置定位难、数据精度低、测量效率慢、受水流影响较大等弊端，测量数据处理工作量大，平面位置与水深的关联性偏差较大，无法反映水下地形的真实情况，对现场水下施工的指导价值和意义较低。

因此，一些用于测深的仪器和软件被研发和应用，如中海达、华测、hypack等公司的测深仪器。该类水深测量仪器、软件通过配套GPS仪器进行平面定位和导航，通过超声波回声探测的方法量测水深，并将接收到的测深数据和平面位置数据显示到软件界面并记录储存，最后通过数据后处理得到地形的高程、水深和平面坐标等数据。该方法测量点位密集、范围广，水流影响极小，操作方便、便捷，极大地提高了测量效率和精度。

但是，上述测量方法所得的测量数据仅能在测量过程中实时显示在软件界面上或生成文本数据，数据的直观性和可视性较差，无法形成便于查看和判断的二维或三维的图形。对一些以水深测量结果或水下地形情况作为依据来指导、决策的施工项目，如水下基坑开挖、河床冲刷地势测量等，有可能因模棱两可、不直观可靠的测量数据导致决策失误，影响工程项目正常进展。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于建筑信息化模型(Building Information Modeling(BIM))的水下地形测量成图系统及方法，以期提高水下地形数据的直观性和可视性，为后续施工提供了可靠、有效的实际数据支撑和图形指导。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，包括：

测深仪模块，用于采集水深数据；

全球定位系统模块，用于采集平面坐标位置、海拔高度和方向角；

计算机模块，用于通过操作预装软件连接所述测深仪模块和全球定位系统模块，并记录储存采集的数据；

后处理模块，用于处理水下地形测量数据并生成可视化地形图。

作为优选，所述测深仪模块包括换能器、蓄电池和测量船，所述换能器与所述全球定位系统模块和计算机模块连接，并通过发射超声波和接收反射波来测量计算水深，再通过所述计算机模块的控制实现水深数据的采集、传输和记录，所述蓄电池用于为所述换能器供能，所述测量船作为载体并在测量区域航行。

作为优选，所述全球定位系统模块包括全球定位系统基站和全球定位系统移动站，所述全球定位系统基站与所述计算机模块连接，并实时动态测量获取测点的三维数据结果，以通过所述计算机模块实现平面坐标位置、海拔高度和方向角数据的采集、传输和记录。

作为优选，所述计算机模块包括计算机设备和预装软件，所述计算机设备与所述测深仪模块和全球定位系统移动站连接，并根据水下地形测量要求操作预装软件设置各模块的参数，并记录和储存采集的所有数据。

作为优选，所述预装软件包括Sounder、HydroNav、Hcconfig、SComAssistant和HydroSurvey，所述SComAssistant和Hcconfig为串口连接软件，通过参数设置将所述全球定位系统移动站和测深仪模块连接同步；所述Sounder软件用于设置所述换能器的吃水深度，并与所述测深仪模块相连以显示水深数据；所述HydroSurvey软件用于预设测量线路和坐标系统，以对测量原始数据进行偏差修正；所述HydroNav作为主界面软件，用于建立、储存测量任务，并进行坐标系参数、通讯端口和改正参数偏差等的设置，且实时显示测点的高程、经纬度、方向角和水深数据。

作为优选，所述后处理模块包括南方CASS和BIM Revit软件，所述南方CASS软件将所得水下地形测量数据生成地形等高线图，所述BIM Revit软件将所得水下地形测量数据渲染为三维地形势图。

一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图方法，包括如下步骤：

1)在空旷区域架设好所述全球定位系统基站，并通过控制点对所述全球定位系统移动站进行基站平移处理，以校核平面坐标位置；

2)将所述换能器、蓄电池、全球定位系统移动站、计算机设备通过数据线连接相应串口，开启所述蓄电池供能，以完成测量系统组装，准备进行水下地形测量；

3)将所述换能器没入水中，量测并设置所述换能器的入水深度，通过操作所述预装软件Sounder、HydroNav、Hcconfig和SComAssistant先后设置串口适配连接、平面和高程坐标系、平面位置和高程偏差改正、数据记录控制参数，以准备进行数据测量采集；

4)所述测量船作为载体在所需测量区域航行，所述计算机设备自动记录平面坐标、水深和高程测量数据，测量作业完成后保存原始数据；

5)通过预装软件HydroSurvey将原始数据中的异常点或突变点修正，再保存为带三维坐标数据的格式文件。

6)将三维坐标数据文件通过所述南方CASS软件进行后处理，建立三角高程网，最后生成地形的等高线图。

7)将地形等高线数据文件通过所述BIM Revit软件进行后处理，导入地形进行场地建模，生成地形表面的三维势图。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过将GPS的实时动态定位技术与超声波测深仪相结合，能精确测量并实时显示测点的深度、平面坐标、高程等数据，测量过程快捷方便，测量效率得到较大提升；测量点位密集、数据精确，测量精度得到有效保证，能准确反映出河床的实际地形结果；地形测量数据通过南方CASS软件和BIM Revit软件进行后处理，并生成地形的等高线图和三维势图，等高线图和三维势图对水下地形情况进行直观、直接的展示和说明，为后续施工提供了可靠、有效的实际数据支撑和图形指导。

附图说明

图1为本发明的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统的结构示意图；

图2为本发明的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图方法的原理框图。

图中，1.GPS基站；2.GPS移动站；3.计算机设备；4.换能器；5.蓄电池；6.测量船；7.测深仪。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。

本发明的实施例公开了一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，包括：

测深仪模块，用于采集水深数据；

全球定位系统(Global Positioning System(GPS))模块，用于采集平面坐标位置、海拔高度和方向角；

计算机模块，用于通过操作预装软件连接测深仪模块和全球定位系统模块，并记录储存采集的数据；

后处理模块，用于处理水下地形测量数据并生成可视化地形图。

本实施例中，测深仪模块包括发射超声波和接收反射波的换能器4、蓄电池5和测量船6，换能器4与蓄电池5通过电源线相连。换能器4与GPS模块和计算机模块连接，并通过发射超声波和接收反射波来测量计算水深，再通过计算机模块的控制实现水深数据的采集、传输和记录，蓄电池6用于为换能器4供能，测量船6作为载体并在测量区域航行。测量船6作为测量系统的载体，并在所需测量区域内航行，以实现测量区域的全覆盖，保证测点密度和范围满足测量要求。

本实施例中，GPS模块包括GPS基站1和GPS移动站2，GPS移动站2与换能器4通过固定杆相连，GPS移动站2与计算机模块连接，并实时动态测量获取测点的三维数据结果，以通过计算机模块实现平面坐标位置、海拔高度和方向角数据的采集、传输和记录。

本实施例中，计算机模块包括计算机设备3和预装软件，计算机设备3通过数据线与GPS移动站2相连，并根据水下地形测量要求操作预装软件设置各模块的参数，并在计算机设备3显示、储存记录平面坐标位置、海拔高度、方向角等测量数据。计算机设备3通过数据线与测深仪7相连，通过操作预装软件实现相关参数调节并在计算机设备3显示、储存记录水深测量数据。

本实施例中，预装软件包括Sounder、HydroNav、Hcconfig、SComAssistant和HydroSurvey，SComAssistant和Hcconfig为串口连接软件，通过参数设置将GPS移动站2和测深仪7连接同步；Sounder软件用于设置换能器4的吃水深度，并与测深仪7相连以显示水深数据；HydroSurvey用于预设测量线路和坐标系统，以对测量原始数据进行偏差修正；HydroNav作为主界面软件，用于建立、储存测量任务，并进行坐标系参数、通讯端口和改正参数偏差等的设置，且实时显示测点的高程、经纬度、方向角和水深数据。

本实施例中，后处理模块包括南方CASS和BIM Revit软件，南方CASS软件将所得水下地形测量数据生成地形等高线图，BIM Revit软件将所得水下地形测量数据渲染为三维地形势图。

本发明还公开了一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图方法，包括如下步骤：

1)在空旷区域架设好GPS基站1，GPS基站1与GPS移动站2通过无线适配连接，连接完成后保证两者距离在无线信号范围之内，以保证测量正常作业。通过控制点对GPS移动站2进行基站平移处理，保证GPS移动站2测设的平面坐标、高程等数据满足测设精度要求，以校核平面坐标位置。

2)将换能器4、蓄电池5、GPS移动站2、计算机设备3通过数据线连接相应串口，开启蓄电池5供能，以完成测量系统组装，准备进行水下地形测量；

3)将换能器4固定于测量船6上，并没入水中，以免因发射高频超声波发热过大致使仪器损坏，然后量测并设置换能器4的入水深度，并在预装软件Sounder中改正测量系统的所测高程，保证测量数据准确。再通过操作预装软件Sounder、HydroNav、Hcconfig和SComAssistant先后设置串口适配连接、平面和高程坐标系、平面位置和高程偏差改正、数据记录控制参数，以准备进行数据测量采集。SComAssistant和Hcconfig为串口连接软件，先查询GPS移动站2和测深仪7与计算机设备3相连时所用的串口编号，通过调整串口编号统一使GPS移动站2和测深仪7适配连接同步，形成测量软件系统。预装软件Sounder进行连接参数和通信设置，并设置换能器4的吃水深度参数。预装软件

HydroSurvey用于预设测量线路和坐标系统，并对测量原始数据进行偏差修正。预装软件HydroNav为主界面软件，能实时显示测点的高程、经纬度、方向角、水深等数据，并用于测量任务建立和储存、坐标系参数设置、通讯端口设置、参数偏差改正等。

4)测量船6作为载体在所需测量区域航行，计算机设备3自动记录平面坐标、水深和高程测量数据，测量作业完成后保存原始数据。

5)通过预装软件HydroSurvey将原始数据中的异常点或突变点修正，再保存为带三维坐标数据的格式文件。该步骤中，由于测量过程中可能遇到水下的障碍物反射超声波信号，或者是GPS移动站2出现单点解或浮动解等情况，都有可能使测量数据产生突变点或异常点。因此，需要人为通过调整突变点或异常点的高程或直接删除这些数据点进行修正，以提高测量数据的精确度和准确性。

6)将三维坐标数据文件通过南方CASS软件进行后处理，在南方CASS软件中绘图处理展入测量的三维坐标数据文件，通过等高线工具建立DTM和三角网，并设置等高线间距，生成带各测量点的高程的地形等高线图。等高线间距设置为0.5m—1.0m较佳。

7)将地形等高线数据文件通过BIM Revit软件进行后处理，将地形等高线图或三维坐标数据文件导入BIM Revit并进行场地建模，通过数据的后处理和渲染，生成地形表面的三维势图，最后设置地形材质和颜色，实现可视化和直观化。

本发明通过将全球定位系统的实时动态定位技术与超声波测深仪相结合，能精确测量并实时显示测点的深度、平面坐标、高程等数据，测量过程快捷方便，测量效率得到较大提升；测量点位密集、数据精确，测量精度得到有效保证，能准确反映出河床的实际地形结果。地形测量数据通过南方CASS软件和BIM Revit软件进行后处理，并生成地形的等高线图和三维势图。等高线图和三维势图对水下地形情况进行直观、直接的展示和说明，为后续施工提供了可靠、有效的实际数据支撑和图形指导。通过利用水下地形的等高线图和三维势图，能对水下地形加以直观、直接的判断和了解，在后续施工起到重要的指导价值和决策意义。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，包括：

测深仪模块，用于采集水深数据；

全球定位系统模块，用于采集平面坐标位置、海拔高度和方向角；

计算机模块，用于通过操作预装软件连接测深仪模块和全球定位系统模块，并记录储存采集的数据；

后处理模块，用于处理水下地形测量数据并生成可视化地形图。

2.根据权利要求1所述的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，所述测深仪模块包括换能器、蓄电池和测量船，所述换能器与全球定位系统模块和计算机模块连接，并通过发射超声波和接收反射波来测量计算水深，再通过所述计算机模块的控制实现水深数据的采集、传输和记录，所述蓄电池用于为换能器供能，所述测量船作为载体并在测量区域航行。

3.根据权利要求1所述的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，所述全球定位系统模块包括全球定位系统基站和全球定位系统移动站，所述全球定位系统基站与计算机模块连接，并实时动态测量获取测点的三维数据结果，以通过计算机模块实现平面坐标位置、海拔高度和方向角数据的采集、传输和记录。

4.根据权利要求1所述的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，所述计算机模块包括计算机设备和预装软件，所述计算机设备与测深仪模块和全球定位系统移动站连接，并根据水下地形测量要求操作预装软件设置各模块的参数，并记录和储存采集的所有数据。

5.根据权利要求4所述的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，所述预装软件包括Sounder、HydroNav、Hcconfig、SComAssistant和HydroSurvey，所述SComAssistant和Hcconfig为串口连接软件，通过参数设置将全球定位系统移动站和测深仪模块连接同步；所述Sounder用于设置换能器的吃水深度，并与测深仪模块相连以显示水深数据；所述HydroSurvey用于预设测量线路和坐标系统，以对测量原始数据进行偏差修正；所述HydroNav作为主界面软件，用于建立、储存测量任务，并进行坐标系参数、通讯端口和改正参数偏差的设置，且实时显示测点的高程、经纬度、方向角和水深数据。

6.根据权利要求1所述的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统，其特征在于，所述后处理模块包括南方CASS和BIM Revit软件，所述南方CASS软件将所得水下地形测量数据生成地形等高线图，所述BIM Revit软件将所得水下地形测量数据渲染为三维地形势图。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述的基于建筑信息化模型的水下地形测量成图系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在空旷区域架设好所述全球定位系统基站，并通过控制点对所述全球定位系统移动站进行基站平移处理，以校核平面坐标位置；

2)将所述换能器、蓄电池、全球定位系统移动站、计算机设备通过数据线连接相应串口，开启所述蓄电池供能，以完成测量系统组装，准备进行水下地形测量；

3)将所述换能器没入水中，量测并设置所述换能器的入水深度，通过操作所述预装软件Sounder、HydroNav、Hcconfig和SComAssistant先后设置串口适配连接、平面和高程坐标系、平面位置和高程偏差改正、数据记录控制参数，以准备进行数据测量采集；

4)所述测量船作为载体在所需测量区域航行，所述计算机设备自动记录平面坐标、水深和高程测量数据，测量作业完成后保存原始数据；

5)通过预装软件HydroSurvey将原始数据中的异常点或突变点修正，再保存为带三维坐标数据的格式文件。

6)将三维坐标数据文件通过所述南方CASS软件进行后处理，建立三角高程网，最后生成地形的等高线图。

7)将地形等高线数据文件通过所述BIM Revit软件进行后处理，导入地形进行场地建模，生成地形表面的三维势图。