CN111156970B - 批量水下数据的测绘方法及其测绘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种批量水下数据的测绘方法及其测绘装置，其包括测量船、设置在测量船下表面的回声探测仪，所述测量船的下表面还固定设有U形的固定座，所述固定座上设有用于照射河道底面的摄像机，所述固定座的两端竖直设置，所述摄像机的外壁上沿垂直于固定座两端的侧壁方向水平设有转轴，所述转轴固定在摄像机的外壳上，所述转轴穿过固定座的侧壁，所述测量船上竖直转动连接驱动杆，所述驱动杆和转轴对接的一端设有相互啮合的第一锥齿轮。本发明具有提高河道底面地形测量精度的效果。

Description

批量水下数据的测绘方法及其测绘装置

技术领域

本发明涉及河道底部地形测绘装置领域，更具体地说，它涉及一种批量水下数据的测绘方法及其测绘装置。

背景技术

河道断面结构是研究河床变化、模拟预测河道冲淤、河势变化及工程影响的重要参数之一。河道底面是不平整，凹凸不平的河道底面对河道冲淤、河水流势的变化都存在很大的影响，并且河道底面不是一成不变，随着时间推移，河道底面也在演变中。因此，每个一段时间对河道底面进行测绘。

公告号为CN206450214U的中国专利公开了一种河道断面测绘系统，它包括测量船，测量船设有固定杆，固定杆设有上端不贯通的穿孔，穿孔内设有伸缩杆，伸缩杆的下端设有压力传感器。伸缩杆伸入河道内，且伸缩杆的下端贴近河道底部，位于伸缩杆下端的压力传感器测量出伸缩杆底端位置的水压，由于水压和水的深度成正比，因此可以通过水压换算得到水的深度。测量船带着固定杆前进的过程中，伸缩杆不断的调整长度，使得压力传感器下端会沿着河底前进，然后通过测量水深值转换成河道的断面图。

这种河道断面测绘系统，在实际测量的时候。存在很大的局限性，河道的底面从长度方向看是凹凸不平的，但是从宽度发向看，整体是从两边向中间逐渐变深。上述河道断面测绘系统，只能够测量出河道长度方向的整体变化，无法反映出河道断面整体的情况。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种批量水下数据的测绘装置，其优点是，通过回声探测仪、摄像机以及激光测距仪对河道地形进行精确测量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种批量水下数据的测绘装置，包括测量船、设置在测量船下表面的回声探测仪，所述测量船的下表面还固定设有U形的固定座，所述固定座上设有用于照射河道底面的摄像机，所述固定座的两端竖直设置，所述摄像机的外壁上沿垂直于固定座两端的侧壁方向水平设有转轴，所述转轴固定在摄像机的外壳上，所述转轴穿过固定座的侧壁，所述测量船上竖直转动连接驱动杆，所述驱动杆和转轴对接的一端设有相互啮合的第一锥齿轮。

通过上述技术方案，河道底部地形是凹凸不平的，回声探测仪能够检测出凹凸不平的具体的大小，但是却无法确实凸起的是淤泥还是石头，此时通过摄像机将河道底部的具体的凸起或者凹陷的地方的图像上传，这样便于人眼直接观察，进一步增加测绘的准确性。转动驱动杆，通过第一锥齿轮的传动，使得转轴和摄像机一起转动，从而能够照射到更多的地方，这样能够全面的测量河道底部的地形，不再是以点代面。

本发明进一步设置为：所述固定座的中间段竖直焊接有固定轴，所述测量船的底板上转动连接有圆盘，所述固定轴穿过圆盘并且与圆盘固定连接，所述驱动杆穿过圆盘并且转动连接在圆盘上。

通过上述技术方案，圆盘的设置，使得摄像机能够沿竖直轴线转动，结合摄像机沿水平方向转动，二者结合，使得摄像机能够万向转动，进一步提高摄像机照射的范围。

本发明进一步设置为：所述圆盘上竖直设有支撑杆，所述支撑杆的上端水平转动设有连接轴，所述驱动杆上和连接轴靠近驱动杆的一端设置相互啮合的第二锥齿轮，所述连接轴上位于第二锥齿轮和支撑架之间固定设有第一指针，第一指针与摄像机平行设置。

通过上述技术方案，第一指针和摄像机同步转动，这样便于工作人员在测量船上了解到摄像机在水下的位置，进一步快速将摄像机调节到所需要的照射的位置。

本发明进一步设置为：所述圆盘的上表面固定设有第二指针，第二指针与转轴的轴线垂直。

通过上述技术方案，第二指针便于工作人员快速知道摄像机的转动平面，从而便于将摄像的转动平面调节到所需要拍照的位置。

本发明进一步设置为：所述圆盘的外圆柱面上固定设有连接环，所述连接环上设有卡接在测量船底板上的环槽，所述连接环和测量船的底板之间设有环形的密封圈。

通过上述技术方案，连接环使得圆盘转动连接在测量船的底部，密封圈用于防止水渗透到测量船中。

本发明进一步设置为：所述测量船的底板上滑移设有与连接环抵触的制动片，所述制动片远离连接环的一面设有固定块，所述固定块固定在测量船上的并且固定块上螺纹连接用于抵紧制动片的抵杆。

通过上述技术方案，制动片抵触在连接环上，使得连接环需要克服摩擦力才能够转动，这样提高圆盘的稳定性。抵杆用于调节制动片与连接环之间的摩擦力，这样既能够使得圆盘转动，同时提高圆盘的稳定性。

本发明进一步设置为：所述测量船的上方设有用于测量测量船到河道岸边距离的激光测距仪，所述激光测距仪的下端设有用于支撑激光测距仪的支撑架，所述激光测距仪沿水平线转动连接在支撑架上，所述支撑架和激光测距仪之间设有用于调节激光测距仪位置的调节器。

通过上述技术方案，由于河道的宽度不同，从而激光测距仪照射到河岸边的角度也是不同的。调节器用于调节激光测距仪倾斜的角度，便于将激光测距仪发出的激光照射到岸边，减小调节过程中人为的误差。

本发明进一步设置为：所述激光测距仪的外壳上设置凸块，所述凸块上水平固定设有转动连接在支撑架上的凸轴，所述调节器包括一端铰接在激光测距仪上调节杆、沿垂直于与凸轴的方向转动连接在支撑架上的螺杆，以及铰接在调节杆上并且螺纹连接在螺杆上的滑块所述支撑架上转动设有齿轮组，所述齿轮组包括同轴且一体设置的两个直径不同的直齿轮，所述螺杆上设有直径大于齿轮组的过渡齿轮，所述过渡齿轮与直径较小的直齿轮啮合。

通过上述技术方案，由于激光偏离一点，造成河岸的宽度的误差很大，因此需要对激光测距仪进行微调。转动齿轮组，进一步带动螺杆转动，由于齿轮组转动多圈后，过渡齿轮才会转动一圈，这样便于精确调节螺杆转动的圈数，进一步便于精确控制滑块移动的距离，起到微调激光测距仪倾斜角度的作用。

本发明的目的之二在于提供一种批量水下数据的测绘方法，其优点是，通过回声探测仪、摄像机以及激光测距仪对河道地形进行精确测量。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种批量水下数据的测绘方法，包括以下步骤：

1、首先将测量船开到河道中间，驱动摄像头转动，并对河到底部进行拍摄，直观的观察河道底部的地形；

2、接着沿河道的宽度方向等距设置探测点，开启回声探测仪，逐个测量探测点到测量船的距离，并且借助计算机，将探测点与测量船之间的长度换算出测量点到测量船的竖直长度，将相邻两点之间通过直线连接，这样得到河道上某一点的断面图，从而精确的绘制出地形图；

3、然后沿河道的长度方向设置若干等距的探测点，开启回声探测仪，测量探测点的坐标并换算成探测点与测量船的垂直距离,将河道的长度方向的测量点用直线连接，得到河道整体的断面图；

4、用激光测距仪测量河道的宽度；

5、最后测量好一块区域的河道地形后，移动测量船，进行测量下一块区域，重复上述过程，直到将河道地形测绘完成。

通过上述技术方案，通过摄像机观察，能够清晰看到河底的地貌，进一步通过回测探测仪精确测量，对河道底部进行全面的测绘，进而提高测量的精确性。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、提高测量的全面性和精确性；

2、摄像机的位置能够调节，进而使得摄像机能够照射更多的地方；

3、激光测距仪能够测量河道的宽度，进一步调高测绘的准确性。

附图说明

图1是本实施例的整体的结构示意图。

图2是本实施例的主视图的结构示意图。

图3是本实施例的圆盘及圆盘上的部件的结构示意图。

图4是图3中B-B剖视图。

图5是图1中A处放大图。

图6是本实施例的测量船和激光测距仪以及支撑架的结构示意图。

图7是本实施例的支撑架和激光测距仪的结构示意图。

附图标记：1、测量船；11、回声探测仪；2、摄像机；20、固定座；21、固定轴；22、转轴；23、驱动杆；24、第一锥齿轮；25、第二锥齿轮；26、连接轴；27、支撑杆；28、第一指针；3、圆盘；31、连接环；311、环槽；32、制动片；33、固定块；34、抵杆；35、密封圈；36、第二指针；4、激光测距仪；40、凸块；401、凸轴；41、支撑架；42、旋转座；5、调节器；51、调节杆；52、螺杆；53、滑块；54、过渡齿轮；55、齿轮组；56、主动齿轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：参考图1和图2，批量水下数据的测绘装置，包括测量船1、设置在测量船1下表面的回声探测仪11、摄像机2以及设置在测量船1上的激光测距仪4，摄像机2采用圆柱形的水下防水摄像机。首先将测量船1开到河道中间，接着将用摄像机2观察河道底部的地形，在河道上人为设定若干探测点，用回声探测仪11逐个的测量的设定的探测点到测量船1的直线距离，通过勾股定理换算成测量点到水面的垂直高度，最后通过计算的绘图功能，绘制出河道底部的地形图。激光测距仪4用于测量河道的宽度，使得河道底部的地形更加准确。

参考图2和图3，回声探测仪11固定在测量船1的底部，摄像机2转动连接在测量船1上。在测量船1的底板上设置圆盘3，圆盘3的外圆柱面上焊接环形的连接环31，连接环31的外圆柱面上开设环槽311，环槽311卡接在测量船1的底板上。圆盘3的下表面设置U形固定座20，摄像机2的外壳上沿摄像机2的径向并且水平固定设置转轴22，转轴22沿垂直于固定座20两端的方向穿过固定座20，在圆盘3上沿竖直方向转动连接有驱动杆23，驱动杆23向下穿过圆盘3，在驱动杆23和转轴22对接的一端固定设有相互啮合的第一锥齿轮24（参考图4）。当转动驱动杆23时，此时通过第一锥齿轮24的传动，使得转轴22转动，进一步使得摄像机2转动，从而能够看到河底更多的地貌。

参考图3和图4，圆盘3上竖直固定设置支撑杆27，支撑杆27上水平转动设置连接轴26，在连接轴26上靠近驱动杆23的一端以及驱动杆23上设有相互啮合的第二锥齿轮25。在连接轴26上固定设置第一指针28，第一指针28和摄像机2平行设置。当转动驱动杆23时，通过第二锥齿轮25的传动，使得连接轴26与转轴22同步转动，第一指针28与摄像机2同步转动。由于摄像机2位于水中，工作人员无法看到摄像机2的具体的位置，通过第一指针的位置状态代替摄像机2的位置状态，便于工作人员了解摄像机2在水中的位置状态。

参考图3和图4，在圆盘3的上表面设置第二指针36，第二指针36与转轴22相互垂直，这样通过第二指针36，能够快速了解摄像机2的转动状态。圆盘3上沿圆盘3的轴向设有与圆盘3同轴的固定轴21，固定轴21与圆盘3一体设置并且固定轴21穿过圆盘3与固定座20固定连接。固定轴21便于驱动圆盘3转动。

参考图4和图5，测量船1的底板的下表面与连接环31之间设置环形的密封圈35，密封圈35的设置防止河水渗透到测量船1的内部。测量船1的底板上位于连接环31的圆柱面上设置制动片32，制动片32由橡胶材质制成，制动片32与连接环31弹性抵接。测量船1的底板上焊接若干固定块33，固定块33沿连接环31的四周周向均布，在固定块33上沿连接环31的径向螺纹连接抵杆34，抵杆34与制动片32转动连接，转动抵杆34，抵杆34将制动片32抵紧在连接环31上，这样增加连接环31转动时的摩擦力，使得需要克服一定的摩擦力才能够转动圆盘3，这样提高圆盘3的稳定性。

参考图6和图7，测量船1的底板的上表面竖直设置支撑架41，在支撑架41的顶端转动连接有旋转座42，激光测距仪4的外壳上设置凸块40，凸块40绕水平的轴线转动连接在旋转座42上，转动激光测距仪4，使得激光测距仪4对准岸边，激光测距仪4上自带有望远镜，这样便于精确测量河道的宽度。在凸块40上水平固定设置凸轴401，凸轴401转动连接在旋转座42上。在旋转座42上设有用于微调激光测距仪4的调节器5，调节器5包括沿垂直于凸轴401的轴线方向的且倾斜设置的调节杆51、沿垂直于凸轴401的轴线方向且水平设置的螺杆52，在螺杆52上螺纹连接有滑块53，调节杆51的两端分别铰接在滑块53上以及激光测距仪4的外壳上。当转动螺杆52时，滑块53在螺杆52上滑移，进而使得调节杆51拉动激光测距仪4上下转动。

参考图6和图7，旋转座42上转动连接两组上下设置且相互啮合齿轮组55，每组齿轮组55包括两个同轴设置的并且直径不同的直齿轮，螺杆52上固定设置与齿轮组55啮合的过渡齿轮54，过渡齿轮54的直径大于齿轮组55的直径，其中过渡齿轮54与齿轮组55中直径小的直齿轮啮合，下端的齿轮组55中的直径小的直齿轮与上端的齿轮组55中的直径大直齿轮啮合；位于齿轮组55的下方设有与下端齿轮组55中的直径大的直齿轮相啮合的主动齿轮56。当主动齿轮56转动多圈时，此时通过齿轮组55的传动，过渡齿轮54和螺杆52转动一圈，这样便于精确控制螺杆52转动的圈数，进一步精确控制滑块53在螺杆52上滑移的量，确保激光测距仪4对准岸边。

动作过程：首先将测量船1行驶到河道中间，接着用摄像机2观察河底，再用回声探测仪11精确测量，然后用激光测距仪4测量河道的宽度，最后根据测量的数据进行绘制河道断面图。

实施例2：一种批量水下数据的测绘方法，包括以下步骤：

1、首先将测量船开到河道中间，驱动摄像机转动，并对河到底部进行拍摄，直观的观察河道底部的地形；

2、接着沿河道的宽度方向等距设置探测点，开启回声探测仪，逐个测量探测点到测量船的距离，并且借助计算机，将探测点与测量船之间的长度换算出测量点到测量船的竖直长度，将相邻两点之间通过直线连接，这样得到河道上某一条线的断面图，从而精确的绘制出地形图；

3、然后沿河道的长度方向设置若干等距的探测点，开启回声探测仪，测量探测点的坐标并换算成探测点与测量船的垂直长度,将河道的长度方向的测量点用直线连接，得到河道整体的断面图；

4、用激光测距仪测量河道的宽度；

5、最后测量好一块区域的河道地形后，移动测量船，进行测量下一块区域，重复上述过程，直到将河道地形测绘完成。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：包括测量船(1)、设置在测量船(1)下表面的回声探测仪(11)，所述测量船(1)的下表面还固定设有U形的固定座(20)，所述固定座(20)上设有用于照射河道底面的摄像机(2)，所述固定座(20)的两端竖直设置，所述摄像机(2)的外壁上沿垂直于固定座(20)两端的侧壁方向水平设有转轴(22)，所述转轴(22)固定在摄像机(2)的外壳上，所述转轴(22)穿过固定座(20)的侧壁，所述测量船(1)上竖直转动连接驱动杆(23)，所述驱动杆(23)和转轴(22)对接的一端设有相互啮合的第一锥齿轮(24)；

所述固定座(20)的中间段竖直焊接有固定轴(21)，所述测量船(1)的底板上转动连接有圆盘(3)，所述固定轴(21)穿过圆盘(3)并且与圆盘(3)固定连接，所述驱动杆(23)穿过圆盘(3)并且转动连接在圆盘(3)上。

2.根据权利要求1所述的批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：所述圆盘(3)上竖直设有支撑杆(27)，所述支撑杆(27)的上端水平转动设有连接轴(26)，所述驱动杆(23)上和连接轴(26)靠近驱动杆(23)的一端设置相互啮合的第二锥齿轮(25)，所述连接轴(26)上位于第二锥齿轮(25)和支撑架(41)之间固定设有第一指针(28)，第一指针(28)与摄像机(2)平行设置。

3.根据权利要求2所述的批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：所述圆盘(3)的上表面固定设有第二指针(36)，第二指针(36)与转轴(22)的轴线垂直。

4.根据权利要求1所述的批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：所述圆盘(3)的外圆柱面上固定设有连接环(31)，所述连接环(31)上设有卡接在测量船(1)底板上的环槽(311)，所述连接环(31)和测量船(1)的底板之间设有环形的密封圈(35)。

5.根据权利要求4所述的批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：所述测量船(1)的底板上滑移设有与连接环(31)抵触的制动片(32)，所述制动片(32)远离连接环(31)的一面设有固定块(33)，所述固定块(33)固定在测量船(1)上并且固定块(33)上螺纹连接用于抵紧制动片(32)的抵杆(34)。

6.根据权利要求1所述的批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：所述测量船(1)的上方设有用于测量测量船(1)到河道岸边距离的激光测距仪(4)，所述激光测距仪(4)的下端设有用于支撑激光测距仪(4)的支撑架(41)，所述激光测距仪(4)沿水平线转动连接在支撑架(41)上，所述支撑架(41)和激光测距仪(4)之间设有用于调节激光测距仪(4)位置的调节器(5)。

7.根据权利要求6所述的批量水下地形数据的测绘装置，其特征在于：所述激光测距仪(4)的外壳上设置凸块(40)，所述凸块(40)上水平固定设有转动连接在支撑架(41)上的凸轴(401)，所述调节器(5)包括一端铰接在激光测距仪(4)上调节杆(51)、沿垂直于与凸轴(401)的方向转动连接在支撑架(41)上的螺杆(52)以及铰接在调节杆(51)上并且螺纹连接在螺杆(52)上的滑块(53)所述支撑架(41)上转动设有齿轮组(55)，所述齿轮组(55)包括同轴且一体设置的两个直径不同的直齿轮，所述螺杆(52)上设有直径大于齿轮组(55)的过渡齿轮(54)，所述过渡齿轮(54)与直径较小的直齿轮啮合。

8.一种批量水下数据的测绘方法，其特征在于：应用权利要求1-7任一所述的批量水下地形数据的测绘装置的测绘方法包括以下步骤：

1、首先将测量船开到河道中间，驱动摄像机转动，并对河到底部进行拍摄，直观的观察河道底部的地形；

2、接着沿河道的宽度方向等距设置探测点，开启回声探测仪，逐个测量探测点到测量船的距离，并且借助计算机，将探测点与测量船之间的长度换算出测量点到测量船的竖直长度，将相邻两点之间通过直线连接，这样得到河道上某一点的断面图，从而精确的绘制出地形图；

3、然后沿河道的长度方向设置若干等距的探测点，开启回声探测仪，测量探测点的坐标并换算成探测点与测量船的垂直长度,将河道的长度方向的测量点用直线连接，得到河道整体的断面图；

4、用激光测距仪测量河道的宽度；

5、最后测量好一块区域的河道地形后，移动测量船，进行测量下一块区域，重复上述过程，直到将河道地形测绘完成。

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