CN111498025B - 一种海洋工程测绘用水上测绘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋工程测绘用水上测绘装置，属于流量测量技术领域。包括测绘船体、探测设备、推进器、为各个电气元件供电的电源，测绘船体上设有避障元件、防缠绕元件、防倾翻元件；本发明通过探测设备能够满足浅水环境和深海水域对海流流速的检测，并获得相关参数，便于了解海洋状况，极大地扩大了探测设备的应用范围，广泛用于水上交通运输安全保障、水下导航与定位、等众多应用场合，具备测量精准、运行稳定以及安全可靠的优点。

Description

一种海洋工程测绘用水上测绘装置
技术领域
本发明属于流量测量技术领域，具体涉及一种海洋工程测绘用水上测绘装置。
背景技术
随着人类对自然资源的需求也越来越多，科学研究和资源考察也由陆地延伸到占地球表面积70%的海洋，随着海洋调查的发展和深入，海洋测绘工程已成为海洋工程科学研究的重要组成部分，其技术难度和精度的要求越来越高。风、浪、流等海洋环境的测量精度，直接决定了海洋工程试验的准确度。
长期、连续、定点探测海洋水文环境，尤其是对海底深度、海水密度和海流流速等一系列海洋水文参数的实时探测，是一项艰巨复杂而又意义重大的工作，其中，海水流速是海洋测绘工程的重要内容，掌握海水流动的规律不仅可以为国防、海运交通、渔业、建港等服务，它还和海洋科学其它领域的研究有着密切联系，如水团的形成，海水内部及海水空气界面之间热量的交换均与海流研究有关，海洋环境保护、海洋环境评价、海洋工程开发、海洋气候、海洋防灾减灾和军事海洋学等方面均把海流作为重要参数。
国内外很多高校和单位都对测量流水流参数的装置进行了研究，开发出了一系列产品并投入使用，但仍然存在很多不足之外，大多数只适用于浅水环境，要么结构功能比较单一，而对于能够应用于深海高压的装置缺少深入研究，同时，现有的海洋水体测绘装置在工作时，容易与海水中的植物或者杂质发生缠绕，影响装置的正常航行，同时，当对侧出现障碍物时，容易将装置撞坏，降低其使用寿命，当海浪对装置本体进行冲击时，容易发生侧翻，探测元件容易随着装置本体的倾斜偏离水平位置，不能垂直地向海面发射信号并接收，容易导致数据产生偏差。
发明内容
针对现有的技术问题，本发明提供一种测量精准、运行稳定的海洋工程测绘用水上测绘装置。
本发明的技术方案是：一种海洋工程测绘用水上测绘装置，包括测绘船体、探测设备、推进器、为各个电气元件供电的电源；
所述探测设备包括水上探测元件、水下探测元件，所述水上探测元件包括控制器一、与所述控制器一连接的GPS、与外部基站连接的通信元件，所述水下探测元件包括与控制器一连接的控制器二、对海洋水流流速进行检测且与所述控制器二连接的超声多普勒流速仪、对海洋水体潮位进行检测且与控制器二连接的潮位仪、与控制器二连接且对海底发射声波的发射换能器、用于接收所述发射换能器发出后反射回的信号的接收换能器；
所述潮位仪处设有矫正安装元件，所述矫正安装元件包括设于测绘船体下端且底端设有过滤网的安装套筒、水平设于所述安装套筒内且中心处设有安装口的安装架、设于所述安装架上侧且均匀分布于所述安装口外围的滑动筒、设于安装架上侧以及下端设有与所述滑动筒一一对应且转动连接的两个转动支架的调节板、设于所述调节板上的倾角传感器，所述转动支架底端设有与对应滑动筒内壁滑动连接的滑动活塞杆，转动连接的两个转动支架之间设有液压缸，潮位仪设于调节板底端且位于上端处；
所述推进器设于测绘船体底端且用于驱动测绘船体运行。
进一步地，所述测绘船体上设有避障元件，所述避障元件包括设于测绘船体前侧的避障雷达、设于测绘船体侧壁的多个避障缓冲筒、与所述避障缓冲筒一一对应的缓冲板，所述避障缓冲筒内设有上下两端可沿其内壁水平滑动的活塞套筒，所述活塞套筒一侧与避障缓冲筒之间设有缓冲弹簧，另一侧贯穿避障缓冲筒且延伸至外部，活塞套筒内壁设有电磁铁A，所述缓冲板一端设有贯穿并延伸至活塞套筒内且与所述电磁铁A相对侧设有与其磁性相同的电磁铁B以及上下两端可沿活塞套筒内壁水平滑动的缓冲滑动杆，通过避障雷达检测测绘船体周围是否具有障碍物，当出现障碍物时，发送信号至控制器一，通过控制器一向推进器发出改变行进方向的指令，避免测绘船体撞坏，降低整个测绘装置的使用寿命，当推进器的行进过程中，未能及时改变方向时，障碍物会与测绘船体发生撞击，此时，通过电磁铁A与磁性相同的电磁铁B之间的排斥力进行首次缓冲，当活塞套筒向避障缓冲筒内滑动时，通过压缩缓冲弹簧进行二次缓冲，可将障碍物的撞击力减弱，减小对测绘船体的撞击力，降低对其的破坏程度，延长测绘装置的使用寿命。
进一步地，每个所述缓冲板上均匀设有安装凹槽，且每个所述安装凹槽内设有转动珠，通过转动珠的滑动作用，可改变障碍物对测绘船体的撞击力的方向，分散撞击力的撞击强度，进一步降低对测绘船体的破坏程度。
进一步地，所述测绘船体底端且位于推进器处设有防缠绕元件，所述防缠绕元件包括套设于推进器外部的防缠网筒、沿周向设有多个分布在所述防缠网筒外部的电动伸缩杆且相邻两个电动伸缩杆之间设有折叠架的切割防缠架，每个折叠架内壁均匀设有多个切割刀片，通过防缠网筒将推进器包覆其中，防止海洋水体中的植物或者其他杂物对推进器造成缠绕，从而降低推进器的驱动力或者不能正常工作，当防缠网筒外部缠绕有植物或者杂物时，可通过各个电动伸缩杆重复延伸和压缩，从而带动折叠架往复压缩或展开，在此过程中，切割刀片在防缠网筒外部对其外部的杂物或者植物来回切割，使其掉落，避免将防缠网筒被缠绕发生堵塞，间接影响推进器的正常工作。
进一步地，各个所述电动伸缩杆外部设有折叠防水管，通过所述折叠防水管将电动伸缩杆包覆其中，避免其浸水损坏，保证装置运行的可靠性。
进一步地，所述测绘船体上设有防倾翻元件，所述防倾翻元件包括设于测绘船体侧壁下端外围的上固定框、与所述上固定框扣接的下固定框、设于所述上固定框和下固定框内部的稳船气囊、均匀设于上固定框和下固定框侧壁的多个缓流桨叶，通过稳船气囊增加测绘船体的浮力，使测绘船体不发生侧翻，提高测绘船体的运行的稳定性，通过上固定框和下固定框将稳船气囊包覆其中，增加稳船气囊安装的稳定性，通过缓流桨叶能够分散水流冲击力，减少对稳船气囊和测绘船体，降低测绘船体倾翻机率，保证测绘船体平稳运行。
进一步地，每个所述缓流桨叶上均匀设有多个分散孔，通过分散孔将水流打散，增加对水流的分散能力，进一步测绘船体的倾翻几率，安全可靠。
更进一步地，所述电源包括风力发电元件、太阳能发元件、蓄电池，通过风力发电元件和太阳能发元件的交替使用，可使该装置能够在不同天气状况下，电源充足，安全稳定的运行，增加装置的可靠性。
利用上述水上测绘装置对海洋水体进行探测时，具体过程如下：
（1）利用推进器驱动测绘船体在海洋中运行，通过GPS对测绘船体的位置实时定位，通过超声多普勒流速仪对海洋水体的水流进行检测，获取所在区域海水流速信息，并发送至控制器二，通过潮位仪获取所在区域海水的潮位信息，并发送信号至控制器二，通过发射换能器将电信号转换成声信号发射到水中传送出去，通过接收换能器把接收到的声信号转换为电信号放大并经现有装置处理后发送至控制器二，得出海底地形和地貌信息；
（2）当潮位仪安装于调节板底端且获取所在区域海水的潮位信息时，在水流的作用下，测绘船体会发生一定幅度的摇摆，这就使潮位仪发生一定程度的倾斜，此时，通过倾角传感器检测调节板是否处于水平状态，并发生信号至控制器二，控制器二根据信息控制较低一端处的转动支架处的液压缸延伸，使该端的滑动活塞杆在对应的滑动筒内向上滑动，令调节板处于水平位置，此时，潮位仪也处于水平位置，使潮位仪可垂直地向海面发射雷达信号并接收，避免潮位仪歪斜时会导致该装置的数据产生偏差；
（3）上述过程中，控制器一与控制器二可通过通信元件将探测的信息发送至外部基站。
本发明的有益效果是：本发明提供一种海洋工程测绘用水上测绘装置，具备以下的优点：
（1）本发明通过探测设备能够满足浅水环境和深海水域对海流流速的检测，并获得相关参数，便于了解海洋状况，极大地扩大了探测设备的应用范围，广泛用于水上交通运输安全保障、水下导航与定位、等众多应用场合，具备测量精准、运行稳定以及安全可靠的优点。
（2）本发明通过设置矫正安装元件，使潮位仪可垂直地向海面发射雷达信号并接收，避免潮位仪歪斜时会导致该装置的数据产生偏差，安全可靠。
（3）本发明通过在测绘船体侧壁设有避障元件，一方面，通过避障雷达检测障碍物，避免对测绘船体进行撞击，另一方面，当发生撞击时，通过避障缓冲筒对撞击力进行两次缓冲，可将障碍物的撞击力减弱，减小对测绘船体的撞击力，降低对其的破坏程度，延长测绘装置的使用寿命。
（4）本发明通过在测绘船体侧壁设有防缠网筒，防止海洋水体中的植物或者其他杂物对推进器造成缠绕，若发生缠绕，可通过切割防缠架对外部的杂物或者植物来回切割，使其掉落，保证推进器的正常工作。
（5）本发明通过在测绘船体侧壁设有防倾翻元件，增加测绘船体的浮力，使测绘船体不发生侧翻，提高测绘船体的运行的稳定性，同时还能能够分散水流冲击力，降低测绘船体倾翻几率，保证测绘船体平稳运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的避障缓冲筒的结构示意图；
图4为本发明的防缠网筒的安装示意图；
图5为本发明的切割防缠架与防缠网筒的安装示意图；
图6为本发明的切割防缠架与防缠网筒的安装侧视图；
图7为本发明的防倾翻元件的结构示意图；
图8为本发明的矫正安装元件的结构示意图；
图9为本发明的电气连接图。
其中，1-测绘船体、10-避障元件、100-避障雷达、101-避障缓冲筒、1010-活塞套筒、1011-缓冲弹簧、1012-电磁铁A、102-缓冲板、1020-电磁铁B、1021-缓冲滑动杆、1022-安装凹槽、1023-转动珠、11-防缠绕元件、110-防缠网筒、111-切割防缠架、1110-电动伸缩杆、1111-折叠架、1112-折叠防水管、112-切割刀片、12-防倾翻元件、120-上固定框、121-下固定框、122-稳船气囊、123-缓流桨叶、1230-分散孔、2-探测设备、20-水上探测元件、200-控制器一、201-GPS、202-通信元件、21-水下探测元件、210-控制器二、211-超声多普勒流速仪、212-潮位仪、213-发射换能器、214-接收换能器、215-矫正安装元件、2150-安装套筒、2151-过滤网、2152-安装架、2153-安装口、2154-滑动筒、2155-调节板、2156-转动支架、2157-倾角传感器、2158-滑动活塞杆、2159-液压缸、3-推进器、4-电源、40-风力发电元件、41-太阳能发电元件、42-蓄电池。
具体实施方式
实施例：如图1、2所述的一种海洋工程测绘用水上测绘装置，包括测绘船体1、探测设备2、推进器3、为各个电气元件供电的电源4；
如图1、3、9所示，测绘船体1上设有避障元件10，避障元件10包括设于测绘船体1前侧的避障雷达100、设于测绘船体1侧壁的八个避障缓冲筒101、与避障缓冲筒101一一对应的缓冲板102，避障缓冲筒101内设有上下两端可沿其内壁水平滑动的活塞套筒1010，活塞套筒1010一侧与避障缓冲筒101之间设有缓冲弹簧1011，另一侧贯穿避障缓冲筒101且延伸至外部，活塞套筒1010内壁设有电磁铁A1012，缓冲板102一端设有贯穿并延伸至活塞套筒1010内且与电磁铁A1012相对侧设有与其磁性相同的电磁铁B1020以及上下两端可沿活塞套筒1010内壁水平滑动的缓冲滑动杆1021，通过避障雷达100检测测绘船体1周围是否具有障碍物，当出现障碍物时，发送信号至控制器一200，通过控制器一200向推进器3发出改变行进方向的指令，避免测绘船体1撞坏，降低整个测绘装置的使用寿命，当推进器3的行进过程中，未能及时改变方向时，障碍物会与测绘船体1发生撞击，此时，通过电磁铁A1012与磁性相同的电磁铁B1020之间的排斥力进行首次缓冲，当活塞套筒1010向避障缓冲筒101内滑动时，通过压缩缓冲弹簧1011进行二次缓冲，可将障碍物的撞击力减弱，减小对测绘船体1的撞击力，降低对其的破坏程度，延长测绘装置的使用寿命，每个缓冲板102上均匀设有安装凹槽1022，且每个安装凹槽1022内设有转动珠1023，通过转动珠1023的滑动作用，可改变障碍物对测绘船体1的撞击力的方向，分散撞击力的撞击强度，进一步降低对测绘船体1的破坏程度；
测绘船体1底端且位于推进器3处设有防缠绕元件11，如图4、5、6所示，防缠绕元件11包括套设于推进器3外部的防缠网筒110、沿周向设有四个分布在防缠网筒110外部的电动伸缩杆1110且相邻两个电动伸缩杆1110之间设有折叠架1111的切割防缠架111，每个折叠架1111内壁均匀设有五个切割刀片112，各个电动伸缩杆1110外部设有折叠防水管1112，通过折叠防水管1112将电动伸缩杆1110包覆其中，避免其浸水损坏，保证装置运行的可靠性，通过防缠网筒110将推进器3包覆其中，防止海洋水体中的植物或者其他杂物对推进器3造成缠绕，从而降低推进器3的驱动力或者不能正常工作，当防缠网筒110外部缠绕有植物或者杂物时，可通过各个电动伸缩杆1110重复延伸和压缩，从而带动折叠架1111往复压缩或展开，在此过程中，切割刀片112在防缠网筒110外部对其外部的杂物或者植物来回切割，使其掉落，避免将防缠网筒110被缠绕发生堵塞，间接影响推进器3的正常工作；
如图1、7所示，测绘船体1上设有防倾翻元件12，防倾翻元件12包括设于测绘船体1侧壁下端外围的上固定框120、与上固定框120扣接的下固定框121、设于上固定框120和下固定框121内部的稳船气囊122、均匀设于上固定框120和下固定框121侧壁的三个缓流桨叶123，每个缓流桨叶123上均匀设有六个分散孔1230，通过分散孔1230将水流打散，增加对水流的分散能力，进一步降低测绘船体1的倾翻机率，安全可靠，通过稳船气囊122增加测绘船体1的浮力，使测绘船体1不发生侧翻，提高测绘船体1的运行的稳定性，通过上固定框120和下固定框121将稳船气囊122包覆其中，增加稳船气囊122安装的稳定性，通过缓流桨叶123能够分散水流冲击力，减少对稳船气囊122和测绘船体1，降低测绘船体1倾翻几率，保证测绘船体1平稳运行；
如图9所示，探测设备2包括水上探测元件20、水下探测元件21，水上探测元件20包括控制器一200、与控制器一200连接的GPS201、与外部基站连接的通信元件202，水下探测元件21包括与控制器一200连接的控制器二210、对海洋水流流速进行检测且与控制器二210连接的超声多普勒流速仪211、对海洋水体潮位进行检测且与控制器二210连接的潮位仪212、与控制器二210连接且对海底发射声波的发射换能器213、用于接收发射换能器213发出后反射回的信号的接收换能器214；
如图8所示，潮位仪212处设有矫正安装元件215，矫正安装元件215包括设于测绘船体1下端且底端设有过滤网2151的安装套筒2150、水平设于安装套筒2150内且中心处设有安装口2153的安装架2152、设于安装架2152上侧且均匀分布于安装口2153外围的滑动筒2154、设于安装架2152上侧以及下端设有与滑动筒2154一一对应且转动连接的两个转动支架2156的调节板2155、设于调节板2155上的倾角传感器2157，转动支架2156底端设有与对应滑动筒2154内壁滑动连接的滑动活塞杆2158，转动连接的两个转动支架2156之间设有液压缸2159，潮位仪212设于调节板2155底端且位于上端处；
推进器3设于测绘船体1底端且用于驱动测绘船体1运行；
如图1所示，电源4包括风力发电元件40、太阳能发元件41、蓄电池42，通过风力发电元件40和太阳能发元件41的交替使用，可使该装置能够在不同天气状况下，电源充足，安全稳定的运行，增加装置的可靠性，其中，各个电气元件均为市售。
利用上述水上测绘装置对海洋水体进行探测时，具体过程如下：
（1）利用推进器3驱动测绘船体1在海洋中运行，通过GPS201对测绘船体1的位置实时定位，通过超声多普勒流速仪211对海洋水体的水流进行检测，获取所在区域海水流速信息，并发送至控制器二210，通过潮位仪212获取所在区域海水的潮位信息，并发送信号至控制器二210，通过发射换能器213将电信号转换成声信号发射到水中传送出去，通过接收换能器214把接收到的声信号转换为电信号放大并经现有装置处理后发送至控制器二210，得出海底地形和地貌信息；
（2）当潮位仪212安装于调节板2155底端且获取所在区域海水的潮位信息时，在水流的作用下，测绘船体1会发生一定幅度的摇摆，这就使潮位仪212发生一定程度的倾斜，此时，通过倾角传感器2157检测调节板2155是否处于水平状态，并发生信号至控制器二210，控制器二210根据信息控制较低一端处的转动支架2156处的液压缸2159延伸，使该端的滑动活塞杆2158在对应的滑动筒2154内向上滑动，令调节板2155处于水平位置，此时，潮位仪212也处于水平位置，使潮位仪212可垂直地向海面发射雷达信号并接收，避免潮位仪212歪斜时会导致该装置的数据产生偏差；
（3）上述过程中，控制器一200与控制器二210可通过通信元件202将探测的信息发送至外部基站。

Claims (2)

1.一种海洋工程测绘用水上测绘装置，其特征在于，包括测绘船体（1）、探测设备（2）、推进器（3）、为各个电气元件供电的电源（4）；
所述探测设备（2）包括水上探测元件（20）、水下探测元件（21），所述水上探测元件（20）包括控制器一（200）、与所述控制器一（200）连接的GPS（201）、与外部基站连接的通信元件（202），所述水下探测元件（21）包括与控制器一（200）连接的控制器二（210）、对海洋水流流速进行检测且与所述控制器二（210）连接的超声多普勒流速仪（211）、对海洋水体潮位进行检测且与控制器二（210）连接的潮位仪（212）、与控制器二（210）连接且对海底发射声波的发射换能器（213）、用于接收所述发射换能器（213）发出后反射回的信号的接收换能器（214）；
所述潮位仪（212）处设有矫正安装元件（215），所述矫正安装元件（215）包括设于测绘船体（1）下端且底端设有过滤网（2151）的安装套筒（2150）、水平设于所述安装套筒（2150）内且中心处设有安装口（2153）的安装架（2152）、设于所述安装架（2152）上侧且均匀分布于所述安装口（2153）外围的滑动筒（2154）、设于安装架（2152）上侧的调节板（2155）、设于所述调节板（2155）上的倾角传感器（2157），所述调节板（2155）下端设有与所述滑动筒（2154）一一对应的且转动连接的转动支架（2156），所述转动支架（2156）底端设有与对应滑动筒（2154）内壁滑动连接的滑动活塞杆（2158），转动连接的两个转动支架（2156）之间设有液压缸（2159），潮位仪（212）设于调节板（2155）底端；
所述推进器（3）设于测绘船体（1）底端且用于驱动测绘船体（1）运行；
所述测绘船体（1）上设有避障元件（10），所述避障元件（10）包括设于测绘船体（1）前侧的避障雷达（100）、设于测绘船体（1）侧壁的多个避障缓冲筒（101）、与所述避障缓冲筒（101）一一对应的缓冲板（102），所述避障缓冲筒（101）内设有上下两端可沿其内壁水平滑动的活塞套筒（1010），所述活塞套筒（1010）一侧与避障缓冲筒（101）之间设有缓冲弹簧（1011），另一侧贯穿避障缓冲筒（101）且延伸至外部，活塞套筒（1010）内壁设有电磁铁A（1012），所述缓冲板（102）一端设有贯穿并延伸至活塞套筒（1010）内且可沿活塞套筒（1010）内壁滑动的缓冲滑动杆（1021），所述缓冲滑动杆（1021）上设有与所述电磁铁A（1012）磁性相同的电磁铁B（1020）；
每个所述缓冲板（102）上均匀设有安装凹槽（1022），且每个所述安装凹槽（1022）内设有转动珠（1023）；
所述测绘船体（1）底端且位于推进器（3）处设有防缠绕元件（11），所述防缠绕元件（11）包括套设于推进器（3）外部的防缠网筒（110）、沿周向设有多个分布在所述防缠网筒（110）外部的电动伸缩杆（1110）的切割防缠架（111），相邻两个所述电动伸缩杆（1110）之间设有折叠架（1111），每个折叠架（1111）内壁均匀设有多个切割刀片（112）；
各个所述电动伸缩杆（1110）外部设有折叠防水管（1112）；
所述测绘船体（1）上设有防倾翻元件（12），所述防倾翻元件（12）包括设于测绘船体（1）侧壁下端外围的上固定框（120）、与所述上固定框（120）扣接的下固定框（121）、设于所述上固定框（120）和下固定框（121）内部的稳船气囊（122）、均匀设于上固定框（120）和下固定框（121）侧壁的多个缓流桨叶（123）。
2.根据权利要求1所述的一种海洋工程测绘用水上测绘装置，其特征在于，每个所述缓流桨叶（123）上均匀设有多个分散孔（1230）。
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