CN111486824A - 一种江河侦察设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种江河侦察设备。包括：供电电源、主控计算机、视频编码器、通信控制器、测深模块、云台、用于调整云台姿态的执行机构、驱动电机和电机驱动模块、以及设置在云台上的激光测距模块、CCD模块、红外夜视模块、流速测量模块、定位模块、激光指示器和用于测量云台姿态的第一姿态传感器；激光测距模块、测深模块、流速测量模块、定位模块、第一姿态传感器、激光指示器、CCD模块、红外夜视模块均通过通信控制器与主控计算机连接；CCD模块和红外夜视模块还通过通信控制器与视频编码器连接，视频编码器、电机驱动模块、测深模块还与主控计算机连接；主控计算机同步采集各测量模块的数据。本发明具有高效、便捷和测量精度高的优势。

Description

一种江河侦察设备

技术领域

本发明涉及江河勘测领域，特别是涉及一种江河侦察设备。

背景技术

目前，江河勘测领域主要采用人工分散地测量各参数数据，比如位置、距离、流速、水深，再分步处理数据，然而这一过程十分的繁复，而且效率低、误差大。因此，提供一种高效、便捷且准确的水上综合勘测设备是本领域当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效、便捷且测量精度高的江河侦察设备。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种江河侦察设备，包括：主控计算机，视频编码器，通信控制器，用于测量江河深度的测深模块，云台，用于调整所述云台姿态的执行机构、驱动电机和电机驱动模块，以及设置在所述云台上的激光测距模块、CCD模块、红外夜视模块、用于测量水流速度的流速测量模块、定位模块、激光指示器和用于测量云台姿态的第一姿态传感器，以及用于为各模块供电的供电电源；

所述激光测距模块、所述流速测量模块、所述定位模块、所述第一姿态传感器、所述激光指示器、所述CCD模块以及所述红外夜视模块均通过所述通信控制器与所述主控计算机电连接；所述CCD模块和所述红外夜视模块还通过所述通信控制器与所述视频编码器电连接，所述视频编码器还与所述主控计算机电连接；所述测深模块与所述通信控制器电连接，所述测深模块还与所述主控计算机电连接；所述电机驱动模块与所述主控计算机电连接；所述主控计算机同步采集所述激光测距模块、所述测深模块、所述流速测量模块以及所述定位模块的测量数据。

可选的，所述通信控制器包括多串口微控制器，记为第一微控制器，所述第一微控制器通过通信接口与所述主控计算机连接，所述第一微控制器还分别与所述激光指示器的触发端口、所述测深模块的触发端口、所述激光测距模块的触发端口、所述激光测距模块的通信接口、所述流速测量模块的触发端口、所述流速测量模块的通信接口、所述第一姿态传感器的通信端口、所述定位模块的通信端口、所述红外夜视模块的通信接口、所述红外夜视模块的复合视频端口、所述CCD模块的复合视频端口以及所述视频编码器的复合视频端口连接。

可选的，所述电机驱动模块包括第二微控制器和功率放大器，所述第二微控制器的输入端与所述主控计算机的通信接口连接，所述第二微控制器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述驱动电机控制端连接。

可选的，所述执行机构包括分别用于调整云台俯仰角和方位角的第一蜗轮蜗杆机构和第二蜗轮蜗杆机构；所述驱动电机包括分别用于驱动第一蜗轮蜗杆机构和第二蜗轮蜗杆机构的第一驱动电机和第二驱动电机。

可选的，所述测深模块包括测深探头、用于测量所述测深探头姿态的第二姿态传感器、超声波发射波生成模块、超声波接收模块和第三微控制器，所述测深探头分别与所述超声波发射波生成模块、所述超声波接收模块相连接，所述超声波发射波生成模块和所述超声波接收模块均与所述第三微控制器相连接，所述第二姿态传感器与所述第三微控制器相连接。

可选的，所述激光指示器的光轴与所述激光测距模块的光轴、所述CCD模块的瞄准十字线以及所述红外夜视模块的瞄准十字线同轴。

可选的，所述定位模块包括全球定位系统模块，或伽利略卫星导航系统模块、或北斗卫星导航系统模块、或格洛纳斯卫星导航系统模块、或印度区域导航卫星系统模块、或准天顶卫星系统模块中的至少一种。

可选的，所述第一姿态传感器包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种，所述第二姿态传感器包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种。

可选的，所述流速测量模块包括电波流速探头和用于测量电波流速探头姿态的第三姿态传感器。

可选的，所述第三姿态传感器包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的江河侦察设备集成了用于勘测江河位置、距离、深度、流速、影像等参数的设备，通过主控计算机对各设备进行控制、以及获取各设备的测量数据，实现了自动或半自动测量，摆脱了人工分散测量，具有便捷、高效的优势。同时，本发明的主控计算机同步采集激光测距模块、测深模块、流速测量模块、定位模块的测量数据，解决了传统的分散测量获得测量数据无法保障其地点的同一性以及时间的同时性问题，提高了测量的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的江河侦察设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的江河侦察设备的结构示意图，如图1所示，本发明提供的江河侦察设备可以设置在船只上，本实施例中的江河侦察设备包括：主控计算机17、视频编码器14、通信控制器8、用于测量江河深度的测深模块、云台1、激光测距模块2、CCD模块3、红外夜视模块4、用于测量水流速度的流速测量模块5、定位模块7、激光指示器9、用于测量云台1姿态的第一姿态传感器10、用于为各模块供电的供电电源6以及用于调整云台1姿态的执行机构12、驱动电机11和电机驱动模块13；其中，激光测距模块2、CCD模块3、红外夜视模块4、流速测量模块5、定位模块7、激光指示器9、第一姿态传感器10设置在云台1上。激光测距模块2、流速测量模块5、定位模块7、第一姿态传感器10以及激光指示器9均通过通信控制器8与主控计算机17电连接；CCD模块3和红外夜视模块4通过通信控制器8与视频编码器14电连接，视频编码器14还与主控计算机17电连接；测深模块与通信控制器8电连接，测深模块还与主控计算机17电连接，电机驱动模块13与主控计算机17电连接。其中，主控计算机17同步采集激光测距模块2、测深模块、流速测量模块5、定位模块7的测量数据。

在实施例中，主控计算机17可以通过通信控制器8向激光测距模块2、测深模块、流速测量模块5、定位模块7、第一姿态传感器10、激光指示器9、CCD模块3和红外夜视模块4下达控制指令，同样的，激光测距模块2、测深模块、流速测量模块5、定位模块7、第一姿态传感器10也可以通过通信控制器8向主控计算机17传输测量数据。CCD模块3和红外夜视模块4通过通信控制器8与视频编码器14连接，视频信号进入视频编码器14进行压缩编码成H.264标准的视频流经网络送入主控计算机17，在主控计算机17端通过通用流媒体播放软件可实时看到CCD或红外夜视模块4采集到的视频图像。本发明提供的江河侦察设备具备测距、测深、流速、测角、定位、红外成像、摄像等多种功能，而且由于主控计算机同步采集激光测距模块、测深模块、流速测量模块、定位模块的测量数据，保障了各测量模块测量数据的地点同一性和同时性，从这一角度讲，提高了测量的精度。

作为一种可选的实施方式，第一姿态传感器10可以包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种，当然，并不局限于以上两种，凡是可以用来检测姿态的传感器均为本发明所限定的姿态传感器。

需要注意的是，通信控制器8可以为微控制器(MCU)或片上系统(SoC)或高级RISC微处理器(ARM)，在本实施例中，优选的使用微控制器(MCU)，记为第一微控制器，本实施例中选用的微控制器的型号为DFJJ CTL-01的主控板。该通信控制器8与主控计算机17可以通过RS232串行通信接口相连，其主要功能是通过RS232串行通信接口接收主控计算机17的指令，并根据该指令协调控制激光测距模块2、CCD模块、红外夜视模块4、流速测量模块5、测角模块、激光指示器9的工作。作为一种可选的实施方式，通信控制器8分别与激光指示器9的触发端口、测深模块的触发端口、激光测距模块2的触发端口、激光测距模块2的通信接口、流速测量模块5的触发端口、流速测量模块5的通信接口、第一姿态传感器10的通信端口、定位模块7的通信端口、红外夜视模块4的通信接口、红外夜视模块4的复合视频端口、CCD模块3的复合视频端口以及视频编码器14的复合视频端口连接。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，电机驱动模块13包括第二微控制器和功率放大器，第二微控制器的输入端与主控计算机17的通信接口连接，第二微控制器的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与驱动电机11控制端连接。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，执行机构12包括分别用于调整云台1俯仰角和方位角的第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构；驱动电机11包括分别用于驱动第一蜗轮蜗杆机构和第二蜗轮蜗杆机构的第一驱动电机11和第二驱动电机11。

电机驱动模块13的第二微控制器通过RS232串行通信接口接收主控计算机17控制指令，根据指令内的参数得到俯仰/方位电机的运动方向和速度，根据速度生成不同频率和时序的控制脉冲，经功率放大电路驱动电机11两组线圈绕组，控制电机旋转方向和速度，配合执行机构12(蜗轮蜗杆)完成云台1的方位俯仰调节，操作人员通过传回的CCD相机/红外夜视图像完成目标的跟踪与瞄准。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，测深模块包括测深探头15、用于测量测深探头15姿态的第二姿态传感器、超声波发射波生成模块、超声波接收模块和第三微控制器，测深探头15分别与超声波发射波生成模块、超声波接收模块相连接，超声波发射波生成模块和超声波接收模块均与第三微控制器相连接，第二姿态传感器与第三微控制器相连接。其中，由超声波发射波生成模块的型号可以为DFJJCS-T，超声波接收模块的型号可以为DFJJCS-R、第三微控制器的型号可以为DFJJCS-CTL，第二姿态传感器至少包括但不限于光电码盘和电子罗盘中的一种。超声波发射模块用于测深波形的生成，超声波接收模块用于回波的接收，第二姿态传感器用于测量测深探头15的姿态，第三微控制器用于根据测深探头15的姿态确定测深探头15的姿态的角度，进而结合角度计算水深。第二姿态传感器固定在控制板DFJJCS-CTL(包含第三微控制器)上，超声波发射模块与超声波接收模块和控制板安装在一铝合金加工的外壳中，该外壳可固定在船舱。测深探头15作为水下部分，发射和接收测深信号，可固定在船底。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，激光指示器9的光轴与激光测距模块2的光轴、CCD模块3的瞄准十字线以及红外夜视模块4的瞄准十字线同轴，夜晚瞄准目标指示用。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，定位模块7包括全球定位系统模块，或伽利略卫星导航系统模块、或北斗卫星导航系统模块、或格洛纳斯卫星导航系统模块、或印度区域导航卫星系统模块、或准天顶卫星系统模块中的至少一种。用于确定当前的位置和时间。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，流速测量模块5包括电波流速探头，该探头利用非接触的微波多普勒测速技术来实现测量，具体可以选用STALKER SVR电波流速探头。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，激光测距模块2为型号ZRLX-14的测距仪，该模块利用窄波束脉冲激光照射被测目标，被测目标返回的波束经放大整形后，经CPLD(复杂可编程逻辑器件)及MCU(微控制器)计算激光收发间隔时间并转换成距离。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，CCD模块3(电荷耦合器件)由光学镜头、CCD(电荷耦合器件)相机(WAT-902HB2S)组成，可见光信号经光学镜头照射在CCD(电荷耦合器件)相机靶面，CCD(电荷耦合器件)将可见光图像转换成标准复合视频，并输出到通信控制器8。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，红外夜视模块4选用非制冷384*256氧化钒红外焦平面相机。红外夜视模块4由红外镜头、非制冷焦平面探测器、成像处理电路等构成，根据被测物体的温差显示不同灰度级的图像，具备黑热/白热，电子放大功能，输出标准复合视频到通信控制器8并经选择后送往主控计算机17。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，供电电源6根据各模块的工作电压和功率进行相应变换，为各部分模块提供满足电压和功率要求的电源。

云台1上的各模块组成江河侦察设备的水上探测部分。实现瞄准、测距、测流速、夜视、录像、激光指示等功能。测深控制模块16的测深探头15作为水下部分，发射和接收测深信号。

在实施例中，作为一种可选的实施方式，主控计算机17为具备至少3个RS232串行通信接口的标准PC计算机，安装专用软件，以完成云台1转动控制、测量控制与显示、功能控制、视频图像的切换与显示。

通信控制器8通过RS232串行通信接口收到主控计算机17红外相关控制指令后，通过与红外夜视模块4相连RS232串行通信接口进行转发，红外夜视模块4接收并解码后根据内容完成黑热/白热切换、电子放大、图像增强等功能。

通信控制器8通过RS232串行通信接口收到主控计算机17激光指示控制指令后，会通过绿色激光模块控制线控制激光的通断。

作为一种可选的实施方式，通信控制器8还可以具备模拟开关功能，受主控计算机17的控制切换输出复合视频的来源为CCD(电荷耦合器件)相机视频信号还是红外夜视视频信号。

在实施例中，具体的，激光测距模块2通过硬件触发端口、RS232串行通信接口与通信控制器8相连；CCD模块3通过复合视频端口与通信控制器8相连；红外夜视模块4通过RS232串行通信接口、复合视频端口与通信控制器8相连；流速测量模块5、第一姿态传感器10、定位模块7分别通过RS232串行通信接口与通信控制器8相连；激光指示器9通过3.3VTTL控制线与通信控制器8相连；通信控制器8通过RS232串行通信接口与主控计算机17连接；通信控制器8通过同步联动控制线与测深控制模块16相连；通信控制器8通过复合视频端口与视频编码器14模块连接；视频编码模块通过100M网线与主控计算机17连接；测深探头15通过电缆与测深控制模块16相连；测深控制模块16、云台1分别通过RS232串行通信接口与通信控制器8相连。

主控计算机17与通信控制器8、云台1的电机驱动模块13和测深控制模块16采用RS232串行通信，进行指令的下传与数据的上传。主控计算机17软件通过人机界面接受操作人员的控制，根据操作人员点按不同的按钮，生成相应的控制指令通过RS232串行通信接口发送到通信控制器8、云台1的电机驱动模块13和测深控制模块16，同时接收来自通信控制器8和测深控制模块16的测量数据与姿态数据，经结算后显示数据与三维图形。

通信控制器8中的第一微控制器为多串口微控制器，其为多个传感器模块(包括激光测距模块2、流速测量模块5、第一姿态传感器10、定位模块7)与主控计算机17之间的通讯桥梁，完成测量数据的上传与控制指令的下传。当通信控制器8通过RS232串行通信接口收到主控计算机17测量指令后，可以采用同步处理技术，同步所有测量与传感器的数据采集：通信控制器8接收北斗/GPS秒同步信号，收到同步脉冲后立刻通过硬件接口触发测距，同时通过同步联动控制线发出脉冲控制测深控制模块16开始测深(测深控制模块16同时同步采集自带电子罗盘的俯仰角/横滚角)，通过RS232采集北斗/GPS定位/时间，同步采集第一姿态传感器10测量得到的姿态(方位角、俯仰角、横滚角)。设备通过同步处理技术保证采集的所有测量数据均对应为同一时刻(同步误差在mS级)，保证了数据的可靠性与精确性。

当激光测距模块2收到测距触发后发出脉冲激光，激光被被测目标反射后由激光测距模块2接收并计算出系统到被测目标距离，通过RS232串行通信端口传送给通信控制器8并由通信控制器8通过RS232串行通信接口转发到主控计算机17；通信控制器8通过RS232串行通信接口同步采集流速测量模块5传送来的流速信息，同时通过RS232串行通信接口同步采集来自北斗/GPS模块的定位/时间信息以及第三姿态传感器(至少包括但不限于光电码盘和电子罗盘中的一种)测得的流速探头姿态信息，由于流速探头与水面存在夹角，测得的流速只是在流速探头轴线方向的投影，同时船只运行过程中的晃动会带来夹角不断变化，因此通信控制器8会将同步接收的流速数据和姿态数据利用三角函数计算出流速的真实数据，并将该数据和定位/姿态数据编码后发送到主控计算机17。

测深控制模块16的第二微控制器通过同步联动控制线收到硬件测深脉冲后，控制超声波发射模块产生高压窄脉冲超声波信号，驱动测深探头15器向水中发出超声波；发射信号及水底回波信号经测深探头15接收后由超声波接收模块放大、滤波、整形后输出至第二微控制器，第二微控制器根据时间间隔计算出探头到河底的斜向距离(因船只行进中，探头有可能不垂直)，MCU(微控制器)在开始测深同时同步接收第二姿态传感器的俯仰、横滚信息，以此可计算出探头波束轴线与垂线夹角，利用夹角和探头到河底的斜向距离通过三角函数计算出垂直水深，将计算结果和姿态(方位/俯仰/横滚)数据通过RS232串行通信接口传给主控计算机17。

主控计算机17通过RS232接收各模块的测量与姿态、定位数据后，可分类在计算机界面上显示，同时根据定位数据作为横纵坐标(测量河床时利用同一目标测距值作为横坐标)，测深数据作为纵坐标，流速数据作为曲面宽度，利用OpenGL完成三维建模、渲染，显示三维曲线，形成河床断面三维图或河道流向三维图。此外利用OpenGL技术完成三维图形的旋转，放大缩小。

本发明将测距、测深、流速、测角、定位、红外成像、摄像这些功能集成在一个设备上，可以全自动、全天候、同步获取位置、距离、流速、深度测量数据，并经快速处理，直接输出测量航迹上的位置、水深以及流速。并可支持后续的工程计算。实现了自动或半自动测量，摆脱了人工分散测量的繁复和效率低下的问题。而且由于本发明的主控计算机同步采集激光测距模块、测深模块、流速测量模块、定位模块的测量数据，解决了传统的分散测量获得测量数据无法保障其地点的同一性以及时间的同时性问题，从这一角度讲，提高了测量的精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种江河侦察设备，其特征在于，包括：主控计算机，视频编码器，通信控制器，用于测量江河深度的测深模块，云台，用于调整所述云台姿态的执行机构、驱动电机和电机驱动模块，以及设置在所述云台上的激光测距模块、CCD模块、红外夜视模块、用于测量水流速度的流速测量模块、定位模块、激光指示器和用于测量云台姿态的第一姿态传感器，以及用于为各模块供电的供电电源；

所述激光测距模块、所述流速测量模块、所述定位模块、所述第一姿态传感器、所述激光指示器、所述CCD模块以及所述红外夜视模块均通过所述通信控制器与所述主控计算机电连接；所述CCD模块和所述红外夜视模块还通过所述通信控制器与所述视频编码器电连接，所述视频编码器还与所述主控计算机电连接；所述测深模块与所述通信控制器电连接，所述测深模块还与所述主控计算机电连接；所述电机驱动模块与所述主控计算机电连接；所述主控计算机同步采集所述激光测距模块、所述测深模块、所述流速测量模块以及所述定位模块的测量数据。

2.根据权利要求1所述的江河侦察设备，其特征在于，所述通信控制器包括多串口微控制器，记为第一微控制器，所述第一微控制器通过通信接口与所述主控计算机连接，所述第一微控制器还分别与所述激光指示器的触发端口、所述测深模块的触发端口、所述激光测距模块的触发端口、所述激光测距模块的通信接口、所述流速测量模块的触发端口、所述流速测量模块的通信接口、所述第一姿态传感器的通信端口、所述定位模块的通信端口、所述红外夜视模块的通信接口、所述红外夜视模块的复合视频端口、所述CCD模块的复合视频端口以及所述视频编码器的复合视频端口连接。

3.根据权利要求1所述的江河侦察设备，其特征在于，所述电机驱动模块包括第二微控制器和功率放大器，所述第二微控制器的输入端与所述主控计算机的通信接口连接，所述第二微控制器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述驱动电机控制端连接。

4.根据权利要求1或3所述的江河侦察设备，其特征在于，所述执行机构包括分别用于调整云台俯仰角和方位角的第一蜗轮蜗杆机构和第二蜗轮蜗杆机构；所述驱动电机包括分别用于驱动第一蜗轮蜗杆机构和第二蜗轮蜗杆机构的第一驱动电机和第二驱动电机。

5.根据权利要求1所述的江河侦察设备，其特征在于，所述测深模块包括测深探头、用于测量所述测深探头姿态的第二姿态传感器、超声波发射波生成模块、超声波接收模块和第三微控制器，所述测深探头分别与所述超声波发射波生成模块、所述超声波接收模块相连接，所述超声波发射波生成模块和所述超声波接收模块均与所述第三微控制器相连接，所述第二姿态传感器与所述第三微控制器相连接。

6.根据权利要求1所述的江河侦察设备，其特征在于，所述激光指示器的光轴与所述激光测距模块的光轴、所述CCD模块的瞄准十字线以及所述红外夜视模块的瞄准十字线同轴。

7.根据权利要求1所述的江河侦察设备，其特征在于，所述定位模块包括全球定位系统模块，或伽利略卫星导航系统模块、或北斗卫星导航系统模块、或格洛纳斯卫星导航系统模块、或印度区域导航卫星系统模块、或准天顶卫星系统模块中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的江河侦察设备，其特征在于，所述第一姿态传感器包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种，所述第二姿态传感器包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的江河侦察设备，其特征在于，所述流速测量模块包括电波流速探头和用于测量电波流速探头姿态的第三姿态传感器。

10.根据权利要求9所述的江河侦察设备，其特征在于，所述第三姿态传感器包括光电码盘和电子罗盘中的至少一种。

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