CN111854705A

CN111854705A - 一种水下测绘方法

Info

Publication number: CN111854705A
Application number: CN202010726383.6A
Authority: CN
Inventors: 耿潇; 张仕全; 孙建伟; 胡晨
Original assignee: Nanjing Weijing Data Engineering Co ltd
Current assignee: Nanjing Weijing Data Engineering Co ltd
Priority date: 2020-07-25
Filing date: 2020-07-25
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本申请涉及一种水下测绘方法，其包括A1、通过无人机对待测水体周围外陆及待测水体内陆进行并建立模型，周围外陆和待测水体内陆之间空白位置即为待测水体的表面轮廓；A2、绘制无人船探测起点和探测路线；A3、将路线参数导入水下探测用无人船，在陆地或者内陆上设置定位基站，并将基站位置标记在已经建立的陆地或内陆模型中；A4、将无人船放置到探测路线的起点处并启动无人船开始探测，并通过定位基站对无人船进行定位和路线的修正；A5、在路线终点处回收无人船并收集数据。本申请具有收集了外陆和内陆的数据，便于工作人员根据外陆和内陆的实际情况对无人船的路线进行编辑，减少出现未扫描区域的可能性的效果。

Description

一种水下测绘方法

技术领域

本申请涉及水下探测的领域，尤其是涉及一种水下测绘方法。

背景技术

水下测绘指的是对水下地形的测量，其目的是测定江河湖泊和港湾水底点的高程及其平面位置，以绘制水下地形图的工作。在兴建水坝、桥梁和港口码头等建筑物的测设计中，除需要各种比例尺的陆上地形图外，还需水下地形图，以了解水下地形起伏变化的情况。相关技术中水下探测的主要设备是探测声呐，探测船按照一定的路线从水体表面依次经过待检测水域，并通过探测声呐对水底地形进行测绘。

公开号为Cn108278994A的中国专利公开了一种小型无人船水下测绘方法，包括如下步骤：选择一测绘区域，将所述无人船置于所述测绘区域的边缘，记为初始位置O；使无人船沿x方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿y方向直线行驶；使无人船沿y方向直线行驶，行驶一定距离后转弯，沿x方向直线行驶；判断剩余待测绘区域是否满足预设条件，若否，返回步骤上述步骤，若是，执行如下步骤；停止测绘，计算并绘制所述测绘区域地形图。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在所探测的目标水体存在岛屿、浮岛等内部陆地，则按照相关技术中的方法，容易产生未扫描过水底情况的水体区域。

发明内容

为了减少出现未扫描过水底情况的水体区域的缺陷，本申请提供一种水下测绘方法。

本申请提供的一种水下测绘方法采用如下的技术方案：

一种水下测绘方法，包括A1、通过无人机对待测水体周围外陆及待测水体内陆进行并建立模型，周围外陆和待测水体内陆之间空白位置即为待测水体的表面轮廓；A2、绘制无人船探测起点和探测路线；A3、将路线参数导入水下探测用无人船，在陆地或者内陆上设置定位基站，并将基站位置标记在已经建立的陆地或内陆模型中；A4、将无人船放置到探测路线的起点处并启动无人船开始探测，并通过定位基站对无人船进行定位和路线的修正；A5、在路线终点处回收无人船并收集数据。

通过采用上述技术方案,首先通过无人机对待测水体周围的外陆和内陆之间进行测绘建模，从而掌握水体轮廓线，根据水体的轮廓线绘制无人船探测起点和探测路线，防止无人船在探测过程中撞击水体边缘的陆地或者发生漏测的可能性，通过设置定位基站并通过定位基站不断定位无人船以及修正无人船的探测路线，减少了水体扰动使无人船路线发生偏移影响测量结果，造成漏测的可能性，从而在水体存在内陆时对水体进行全面的水下测绘。

优选的，在步骤A1中，水体外陆模型的建立区域边缘距离水体边缘距离不小于10m。

通过采用上述技术方案，由于外陆模型的建立区域边缘距离不小于10m，工作人员在选用定位基站位置时，可充分参考陆地的地形，根据具体情况，选用地势相对平整，障碍物少的地点建立定位基站，减少定位基站设置不稳在测绘过程中造成不良应吸纳过。

优选的，在步骤A3中，定位基站选用超声波定位基站，定位基站至少设有三个，且三个定位基站不在同一条直线上，定位基站的高度与所测水体水平面之间的距离不超过5米。

通过采用上述技术方案，选用超声波定位基站接收无人船发出的超声波讯号，根据声速340米/秒的参考值计算无人船与各个基站之间的距离，并且通过无人船距离三个定位基站各自的距离画圆，三个圆环的交点即为无人船的位置，从而对无人船的位置进行定位，便于纠正无人船的运动轨迹，基站与水平面的高度小于5米，从而减少了由于基站高度过高，导致测量平面与无人船声源平面产生较大的偏差，影响定位精度的可能性。

优选的，在步骤A3中，各个定位基站的高度相同，且相邻基站之间的间距不小于500米。

通过采用上述技术方案，由于定位基站高度相同，因而保持了测量平面的一致性，提升了测量精确度，又由于基站之间的间距不小于500米，减少了各个定位基站接收到超声波讯号的时间总是保持太过接近而影响测量的可能性。

优选的，在步骤A2中，探测路线的绘制步骤包括：B1、以所测水体靠近外陆边缘的任意一点作为起点，起点与外陆最近点的距离d1=5+w/2其中d1为起点与外陆最近点之间的距离，w为声呐扫描范围直径；B2、绘制线条若干条线条L1，L1平行于外陆轮廓延伸且与外陆和内陆均保持间距d2=d1+n*w/2，其中d2为L1距离外陆最近点之间的距离，n代表当前L1与外陆最近点岸边处间隔有n条L1，相邻L1之间的间距d3=w/2的距离，当当前L1向任意方向延伸均会导致的d1无法满足条件时，将L1断开，并在距离断开处最近一个满足条件的点设为新起点绘制一条新的L1，直到待测目标水域中不存在这样的点为止；B3、绘制若干线条L2，若干线条L2将各条L1断开的断点按照绘制的先后顺序依次连接；B4、绘制线条L3，L3将最后一条L1的终点和外陆任意一点连接。

通过采用上述技术方案，由于d1为声呐扫描直径的半宽加5米，降低了无人船撞击外陆岸边的可能性，d2的竖直为对线条L1与外陆或内陆之间间距的限制，减少了声呐的检测区域出现空白的可能性，d3为声呐直径的半宽，使相邻的扫描区域贴合，减少扫描漏洞，路线为各条L1通过各条L2相连接的方式，并通过L3将路线与外陆连接，使无人船返回岸边等待回收。

优选的，在步骤B2中，以L1的断开点为原点，在选取新起点之前对周围待测水域进行点阵拾取，点阵拾取时在原点处建立二维直角坐标系，并在X方向和Y方向间隔为w/10的距离间隔依次标定处相邻拾取若干个点，直到出现一个符合要求的点，将该符合要求的点作为新L1线条的新起点。

通过采用上述技术方案，通过在一条L1的终点建立二维直角坐标系，并以w/10的间距拾取各个复合要求的点，从到原点从近到圆的原则依次拾取点，并判断新拾取的点是否符合上述要求d1的尺寸要求，若符合，则将该点座位新的L1起点并继续进行L1的划线工作。

优选的，步骤A3中的定位基站包括锚杆，所述锚杆上设有承载平台，所述承载平台上设有超声波接收装置，步骤A4中的无人船上设有超声波发射器。

通过采用上述技术方案，通过锚杆在岸边定位承载平台，且在承载平台上放置超声波接收装置进行超声波的接收，通过无人船上的超声波发生器发生超声波讯号，并且通过超声波接收装置接收相应的超声波，从而对无人船的位置进行定位，并根据无人船的实际位置与预设线路的对比及时纠正无人船的位置。

优选的，所述锚杆周向侧壁上设有刻度，所述承载平台与锚杆沿竖直方向相对滑动，所述承载平台下方设有定位装置。

通过采用上述技术方案，通过锚杆上设置的刻度以及与锚杆相对滑动的承载平台，调整超声波回收装置的高度。

优选的，所述定位装置报括定位半环和夹紧半环，所述定位半环与承载平台的部固定连接，所述夹紧半环与定位半环相对于锚杆轴线对称设置，所述夹紧半环与定位半环通过夹紧螺栓连接。

通过采用上述技术方案，通过拧紧夹紧螺栓对承载平台进行定位，方便快捷，便于操作。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过首先对水体周围外陆和内陆进行测绘建模，得出水体表面的轮廓，便于根据待测水体整体表面的轮廓进行无人船的路线绘制，由于收集了外陆和内陆的数据，便于工作人员根据外陆和内陆的实际情况对无人船的路线进行编辑，减少出现出现未扫描区域的可能性；

2.通过设置定位基站准实时的无人船的位置进行监测，便于工作人员将无人船的实际位置与预定路线进行对比，减少由于水体扰动导致的无人船路线偏移，从而使水体出现未扫描区域的可能性。

附图说明

图1是本申请实施例用于体现水下测绘方法整体步骤的流程示意图。

图2是本申请实施例用于体现步骤B1和步骤B2绘制的若干线条L1的探测路线图。

图3是本申请实施例用于体现步骤B3绘制连接各L1的L2之后的探测路线图。

图4是本申请实施例用于体现步骤B4绘制L3后的探测路线图。

图5是本申请实施例用于体现定位基站结构的示意图。

附图标记说明：1、锚杆；2、承载平台；3、超声波接收装置；4、刻度；5、定位装置；51、定位半环；52、夹紧半环；53、夹紧螺栓；10、内陆；20、外陆。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种水下测绘方法。参照图1，水下测绘方法包括A1-A5，其中A1包括通过无人机对待测水体周围外陆20及待测水体内陆10进行并建立模型，建模后，水体周围外陆20和待测水体内陆10之间空白平面位置即为待测水体的表面轮廓。为了对待测水体周围陆地环境进行掌握从而便于后期进行定位基站的埋设工作，外陆20建立模型的区域深度应该不少于10m。A1的目的在于对待测水体周围的外陆20以及水体内部的内陆10区域轮廓、地势情况。

A2包括绘制无人船探测起点和探测路线，绘制起点与探测路线的步骤包括：

参照图2，B1、以所测水体靠近外陆20边缘的任意一点作为起点，起点与外陆20最近点的距离d1=5+w/2其中d1为起点与外陆20最近点之间的距离，w为声呐扫描范围直径；d1的设置减少了无人船与岸边撞击或者在浅滩地区搁浅的可能性。同时由于水体边缘5米范围内的水深通常较浅，可以直接进行目测绘制。

参照图2，B2、绘制线条若干条线条L1，L1平行于外陆20轮廓延伸且与外陆20和内陆10均保持间距d2=d1+n*w/2，其中d2为L1距离外陆20最近点之间的距离，n为当前L1与外陆20最近点岸边处间隔有n条L1，相邻L1之间的间距d3=w/2的距离，d1、d2和d3无法同时满足条件时，优先满足d1的条件。当前L1向任意方向延伸均会导致的d1无法满足条件时，将L1断开，并在距离断开处最近一个满足条件的点设为新起点绘制一条新的L1。在寻找新起点时，以L1的断开点为原点，在选取新起点之前对周围待测水域进行点阵拾取，点阵拾取时在原点处建立二维直角坐标系，并在X方向和Y方向间隔为w/10的距离间隔依次标定出相邻拾取若干个点，例如在围绕着原点第一次拾取各个点时，各个点的坐标分别为（w/10，0）、（w/10，-w/10）、（0，-w/10）、（-w/10，-w/10）、（-w/10，0）、（-w/10，w/10）、（0，w/10）、（w/10，w/10）八个点，以顺时针的方式对列出的点进行筛选，第二次拾取各个点时则寻找上述各个点在X或者Y方向上远离w/10距离的各个点，依次类推。直到出现一个符合要求的点。绘制新的L1直到待测目标水域中不存在这样的点为止；通过绘制若干条L1，在路线设置的过程中，各条L1组成的平行于内陆10或外陆20轮廓延伸若干等距缩小的轮廓线，使无人船的探测轨迹呈地毯式的扫略过水体表面。

参照图3，B3、绘制若干线条L2，若干线条L2将各条L1断开的断点按照绘制的先后顺序依次连接；各条L2将断开的L1线条连接成整体从而构成整体的无人船运动和扫描的路径。L2绘制时，需要遵守与内陆10或外陆20之间的间距始终大于或等于d1。

参照图2和图3，有时，受到水体内陆10与外陆20之间地形的实际限制，会出现一定的扫略盲区，当完成了被测水体表面上绝大部分面积的扫描后，按照点阵的拾取方法在整个水体表面的范围内寻找剩余满足d1条件的点为起点并画出L1，在最后通过L2将该处L1与已有探测线路尾端连接，即可对水面未扫描位置进行查漏补缺。

参照图4，B4、绘制线条L3，L3将最后一条L1的终点和外陆20任意一点连接，从而时无人船完成扫描后回到岸边位置，便于工作人员对无人船进行回收。

参照图5，A3包括将路线参数导入水下探测用无人船，在陆地或者内陆10上设置定位基站，并将基站位置标记在已经建立的陆地或内陆10模型中，定位基站选用超声波定位基站，定位基站至少设有三个，且三个定位基站不在同一条直线上，定位基站的高度与所测水体水平面之间的距离不超过5米。定位基站包括锚杆1，锚杆1上设有承载平台2，承载平台2上设有超声波接收装置3，承载平台2通过环套与锚杆1沿锚杆1的周向滑动，且承载平台2的下方固设有定位半环51，定位半环51通过夹紧螺53栓连接有夹紧半环52，夹紧半环52与定位半环51环绕锚杆1设置，通过锚杆1的设置便于工作人员设置定位基站，通过承载平台2的高度可调节设置，便于工作人员根据实际设置位置的地形高度调整承载平台2的高度，使各个承载平台2保持在同一平面内。

步骤A4中的无人船上设有超声波发射器，无人船上的超声波发射器持续全方位的发射频率渐变的超声波讯号，定位基站上的超声波接收装置3对讯号进行接收和处理，并对比各个定位基站接收到相同频率超声波的时间，以声速每秒340米的速度为参考，分别探测无人船距离各个定位基站的距离，最终通过三点绘圆的方法定位出无人船的坐标。各个定位基站的高度相同，且相邻定位基站之间的间距不小于500米，从而增大了各个定位基站接收讯号的时间差，提升定位精度，减少了各个定位基站接收到讯号的时间始终十分接近，无法对无人船进行定位的情况。

A4包括将无人船放置到探测路线的起点处并启动无人船开始探测，并通过定位基站对无人船进行定位和路线的修正，基站实时监测无人船的位置，并与预设路线进行对比，产生偏差时通过计算机自动校准，或者人工校准的方式，减少路线的偏移。降低了产生未扫描区域的可能性。

A5包括在路线终点处回收无人船并收集数据，同时回收无人船和收集数据后即可完成检测工作。

本申请实施例一种水下测绘方法的实施原理为：通过无人机对陆地情况进行测绘从而得到水体外陆20和内陆10的测绘模型，根据模型对水体的探测路线进行具体分析和编辑，减少了出现漏扫的情况。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种水下测绘方法，其特征在于：包括A1、通过无人机对待测水体周围外陆（20）及待测水体内陆（10）进行并建立模型，周围外陆（20）和待测水体内陆（10）之间空白位置即为待测水体的表面轮廓；A2、绘制无人船探测起点和探测路线；A3、将路线参数导入水下探测用无人船，在陆地或者内陆（10）上设置定位基站，并将基站位置标记在已经建立的陆地或内陆（10）模型中；A4、将无人船放置到探测路线的起点处并启动无人船开始探测，并通过定位基站对无人船进行定位和路线的修正；A5、在路线终点处回收无人船并收集数据。

2.根据权利要求1所述的水下测绘方法，其特征在于：在步骤A1中，水体外陆（20）模型的建立区域边缘距离水体边缘距离不小于10m。

3.根据权利要求2所述的水下测绘方法，其特征在于：在步骤A3中，定位基站选用超声波定位基站，定位基站至少设有三个，且三个定位基站不在同一条直线上，定位基站的高度与所测水体水平面之间的距离不超过5米。

4.根据权利要求3所述的水下测绘方法，其特征在于：在步骤A3中，各个定位基站的高度相同，且相邻定位基站之间的间距不小于500米。

5.根据权利要求1所述的水下测绘方法，其特征在于：在步骤A2中，探测路线的绘制步骤包括：B1、以所测水体靠近外陆（20）边缘的任意一点作为起点，起点与外陆（20）最近点的距离d1=5+w/2其中d1为起点与外陆（20）最近点之间的距离，w为声呐扫描范围直径；B2、绘制线条若干条线条L1，L1平行于外陆（20）轮廓延伸且与外陆（20）和内陆（10）均保持间距d2=d1+n*w/2，其中d2为L1距离外陆（20）最近点之间的距离，n为当前L1与外陆（20）最近点岸边处间隔有n条L1，相邻L1之间的间距d3=w/2的距离，当当前L1向任意方向延伸均会导致的d1无法满足条件时，将L1断开，并在距离断开处最近一个满足条件的点设为新起点绘制一条新的L1，直到待测目标水域中不存在这样的点为止；B3、绘制若干线条L2，若干线条L2将各条L1断开的断点按照绘制的先后顺序依次连接；B4、绘制线条L3，L3将最后一条L1的终点和外陆（20）任意一点连接。

6.根据权利要求5所述的水下测绘方法，其特征在于：在步骤B2中，以L1的断开点为原点，在选取新起点之前对周围待测水域进行点阵拾取，点阵拾取时在原点处建立二维直角坐标系，并在X方向和Y方向间隔为w/10的距离间隔依次标定处相邻拾取若干个点，直到出现一个符合要求的点，将该符合要求的点作为新L1线条的新起点。

7.根据权利要求1所述的水下测绘方法，其特征在于：步骤A3中的定位基站包括锚杆(1)，所述锚杆(1)上设有承载平台(2)，所述承载平台(2)上设有超声波接收装置(3)，步骤A4中的无人船上设有超声波发射器。

8.根据权利要求7所述的水下测绘方法，其特征在于：所述锚杆(1)周向侧壁上设有刻度(4)，所述承载平台(2)与锚杆(1)沿竖直方向相对滑动，所述承载平台(2)下方设有定位装置(5)。

9.根据权利要求8所述的水下测绘方法，其特征在于：所述定位装置(5)报括定位半环(51)和夹紧半环(52)，所述定位半环(51)与承载平台(2)的底部固定连接，所述夹紧半环(52)与定位半环(51)相对于锚杆(1)轴线对称设置，所述夹紧半环(52)与定位半环(51)通过夹紧螺栓(53)连接。