CN113899345B - 一种实体模型工况自适应地形测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于实体模型试验中的自动化测量技术领域，公开了一种实体模型工况自适应地形测量方法及系统。通过地形测量控制器调度控制激光传感器、阻抗式传感器、超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量，能够发挥不同测量手段的优势，满足复杂环境下模型地形自动、快速、稳定测量的应用需求。

Description

一种实体模型工况自适应地形测量方法及系统

技术领域

本发明属于实体模型试验中的自动化测量技术领域，更具体地，涉及一种实体模型工况自适应地形测量方法及系统。

背景技术

在水工、河工和港工等实体模型试验中，地形是研究河床变形、泥沙淤积演变等领域的关键要素，也是测量河流边界、不同水深流速等其它参量的前提要素。实体模型地形测量手段主要有阻抗式、超声式和光电式三种。阻抗式测量方式适应性好，但属于接触式测量，对地形有扰动，测量点密度和效率都比较低；光电式以激光测量为代表，非接触测量、精度高、测量点密度高、速度快，但受水面漂浮物影响大，水中杂质对光有很强的吸收作用，崎岖的水下地形也可能遮挡光线；超声波在混浊水流中有较好的穿透特性、测量点密度高、对地形无扰动，但分辨率较低，为保证声有效在水中传播，要求传感器要紧贴水面，从而无法适应干床或洲滩的测量。由于实际模型试验中工况复杂，待测断面分布广、数量多，其往往呈深水/浅水交替、水面/水下/洲滩混杂、浑浊水流也对测量造成不利影响，主流的单一探测方式或简单的组合不同传感器的方式无法适应复杂工况下实体模型地形的自动、快速测量。

发明内容

本发明通过提供一种实体模型工况自适应地形测量方法及系统，解决现有技术采用的探测方式无法适应复杂工况下实体模型地形的自动、快速测量的问题。

本发明提供一种实体模型工况自适应地形测量方法，通过地形测量控制器调度控制激光传感器、阻抗式传感器、超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量。

优选的，所述实体模型工况自适应地形测量方法包括三种测量模式：第一测量模式、第二测量模式和第三测量模式；

首选采用所述第一测量模式，所述第一测量模式为通过所述激光传感器和所述阻抗式传感器进行联合的地形测量；

若在采用所述第一测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合激光测量条件，则切换至所述第二测量模式，所述第二测量模式为通过所述超声传感器和所述阻抗式传感器进行联合的地形测量；

若在采用所述第二测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合超声测量条件，则切换至所述第三测量模式，所述第三测量模式为通过所述阻抗式传感器进行地形测量；在采用所述第三测量模式进行地形测量的过程中实时检测当前测量点是否重新符合超声测量条件，若符合则切换至所述第二测量模式。

优选的，采用所述第一测量模式进行地形测量时，将所述激光传感器作为主测量传感器，将所述阻抗式传感器作为辅助测量传感器；

通过所述激光传感器进行地形测量，得到激光测量信息；通过所述阻抗式传感器在预设的中间点位置执行一次阻抗点式测量，获得该中间点的水面信息；基于所述水面信息判断测量环境属于无水环境还是属于有水环境；若为无水环境，则丢弃所述水面信息；若为有水环境，则结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正，得到补偿校正后的激光测量信息。

优选的，通过所述激光传感器进行地形测量时，在移动测量的过程中所述激光传感器垂直向下发射激光，并在河床底部形成光斑，利用图像采集装置获得光斑图像，根据所述光斑图像得到光斑的深度信息，基于所述光斑的深度信息得到所述激光测量信息。

优选的，将同时满足以下三个条件的光斑对应区域识别为水面漂浮物：区域内光斑深度测量值属于水面深度附近区域范围内、区域宽度不超过预设宽度、区域边缘处光斑深度变化值超过预设的深度变化范围；其中，所述水面深度基于所述水面信息得到；

结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正，以实现消除水面漂浮物的干扰；结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正的具体实现方式为：基于上述水面漂浮物的识别条件，判断所述激光测量信息中的哪些数据属于由水面漂浮物造成的错误数据，将错误数据舍弃，并通过插值的方式对舍弃的数据进行补偿。

优选的，采用所述第二测量模式进行地形测量时，将所述超声传感器作为主测量传感器，将所述阻抗式传感器作为辅助测量传感器；

切换至所述第二测量模式时，通过所述阻抗式传感器获得当前测量点的水深信息，若当前测量点对应的水深满足超声测量条件，则将所述超声传感器紧贴水面，通过所述超声传感器在由当前测量点往终止测量点方向的移动过程中进行地形探测。

优选的，若激光测量得到的激光的光斑强度小于预设的强度阈值，则判定为不符合激光测量条件，切换至所述第二测量模式；

若超声测量的水深属于盲区范围，或者若超声探测得到的回波干扰大于预设范围，则判定为不符合超声测量条件，切换至所述第三测量模式。

优选的，所述实体模型工况自适应地形测量方法包括以下步骤：

步骤1、通过测桥控制器控制测桥沿轨道移动到有标记指示的指定断面位置；

步骤2、到达指定断面位置后，所述测桥控制器向所述地形测量控制器发送地形测量指令；

步骤3、所述地形测量控制器收到地形测量指令后，所述地形测量控制器调度控制所述激光传感器、所述阻抗式传感器、所述超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量；

步骤4、在传感器完成断面地形测量后，通过所述地形测量控制器进行数据的采集和存储，所述地形测量控制器将采集的测量数据和测量结束信号发送至所述测桥控制器；

步骤5、所述测桥控制器收到测量结束信号和测量数据后，控制所述测桥沿所述轨道移动到下一个有标记指示的待测断面位置；

步骤6、重复步骤2至步骤5，直到所有指定断面地形测量完毕，实体模型地形测量任务完成。

另一方面，本发明提供一种实体模型工况自适应地形测量系统，包括：联合地形测量仪；所述联合地形测量仪安装在测桥上，并可沿着所述测桥的桥身方向移动；所述联合地形测量仪包括：测车、地形测量控制器、阻抗升降机构、阻抗式传感器、超声升降机构、超声传感器和激光传感器；

所述地形测量控制器设置在所述测车的一端，所述阻抗升降机构、所述超声升降机构、所述激光传感器均安装在所述测车上；所述阻抗升降机构上安装有所述阻抗式传感器，所述阻抗式传感器在所述阻抗升降机构的带动下沿垂直方向移动到达水面或河床处进行阻抗地形测量；所述超声升降机构上安装有所述超声传感器，所述超声传感器在所述超声升降机构的带动下沿垂直方向移动到达水面位置进行超声地形测量；所述激光传感器沿垂直方向向下进行无接触式激光地形测量；

所述实体模型工况自适应地形测量系统用于实现上述的实体模型工况自适应地形测量方法中的步骤。

优选的，两条轨道分别沿实体模型河道的两岸铺设，所述测桥架设于两条所述轨道上，横跨所述实体模型河道的两岸；

所述测桥在所述测桥控制器的控制和驱动下沿河道方向进行前后移动，到达任意指定的断面；

所述测桥的一端设置有测桥控制器，所述测桥控制器与所述地形测量控制器连通，所述测桥控制器发送地形测量指令至所述地形测量控制器，并接收来自所述地形测量控制器的测量数据和测量结束信号；

所述地形测量控制器控制所述阻抗升降机构和所述超声升降机构在垂直方向的移动时机和行程，所述地形测量控制器控制所述阻抗式传感器、所述超声传感器和所述激光传感器的启动、采集和数据传输的时机和测量参数设置。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在发明中，通过地形测量控制器调度控制激光传感器、阻抗式传感器、超声传感器配合对不同环境条件下的地形进行自动测量。具体包括三种测量模式：第一测量模式、第二测量模式和第三测量模式。首选采用第一测量模式，第一测量模式为通过激光传感器和阻抗式传感器进行联合的地形测量。若在采用第一测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合激光测量条件，则切换至第二测量模式，第二测量模式为通过超声传感器和阻抗式传感器进行联合的地形测量。若在采用第二测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合超声测量条件，则切换至第三测量模式，第三测量模式为通过阻抗式传感器进行地形测量；在采用第三测量模式进行地形测量的过程中实时检测当前测量点是否重新符合超声测量条件，若符合则切换至第二测量模式。本发明在充分理解各传感器的优缺点及实际模型试验中的复杂工况的前提下，提供一种适用于实体模型的、有机联合阻抗、超声、激光传感器的工况自适应地形测量系统和方法，能够发挥不同测量手段的优势，满足复杂环境下模型地形自动、快速、稳定测量的应用需求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种实体模型工况自适应地形测量系统的示意图。

其中，1-轨道、2-测桥、3-测桥控制器、4-测车、5-地形测量控制器、6-阻抗升降机构、7-阻抗式传感器、8-超声升降机构、9-超声传感器、10-激光传感器、11-水面、12-洲滩、13-河床。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

实施例1提供了一种实体模型工况自适应地形测量方法，通过地形测量控制器调度控制激光传感器、阻抗式传感器、超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量。

具体的，包括三种测量模式：第一测量模式、第二测量模式和第三测量模式。首选采用所述第一测量模式，所述第一测量模式为通过所述激光传感器和所述阻抗式传感器进行联合的地形测量。若在采用所述第一测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合激光测量条件，则切换至所述第二测量模式，所述第二测量模式为通过所述超声传感器和所述阻抗式传感器进行联合的地形测量。若在采用所述第二测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合超声测量条件，则切换至所述第三测量模式，所述第三测量模式为通过所述阻抗式传感器进行地形测量；在采用所述第三测量模式进行地形测量的过程中实时检测当前测量点是否重新符合超声测量条件，若符合则切换至所述第二测量模式。

其中，采用所述第一测量模式进行地形测量时，将所述激光传感器作为主测量传感器，将所述阻抗式传感器作为辅助测量传感器；通过所述激光传感器进行地形测量，得到激光测量信息；通过所述阻抗式传感器在预设的中间点位置执行一次阻抗点式测量，获得该中间点的水面信息；基于所述水面信息判断测量环境属于无水环境还是属于有水环境；若为无水环境，则丢弃所述水面信息；若为有水环境，则结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正，得到补偿校正后的激光测量信息。

通过所述激光传感器进行地形测量时，在移动测量的过程中所述激光传感器垂直向下发射激光，并在河床底部形成光斑，利用图像采集装置获得光斑图像，根据所述光斑图像得到光斑的深度信息，基于所述光斑的深度信息得到所述激光测量信息。

将同时满足以下三个条件的光斑对应区域识别为水面漂浮物：区域内光斑深度测量值属于水面深度附近区域范围内、区域宽度不超过预设宽度、区域边缘处光斑深度变化值超过预设的深度变化范围；其中，所述水面深度基于所述水面信息得到。结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正，以实现消除水面漂浮物的干扰；结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正的具体实现方式为：基于上述水面漂浮物的识别条件，判断所述激光测量信息中的哪些数据属于由水面漂浮物造成的错误数据，将错误数据舍弃，并通过插值的方式对舍弃的数据进行补偿。

其中，采用所述第二测量模式进行地形测量时，将所述超声传感器作为主测量传感器，将所述阻抗式传感器作为辅助测量传感器；切换至所述第二测量模式时，通过所述阻抗式传感器获得当前测量点的水深信息，若当前测量点对应的水深满足超声测量条件，则将所述超声传感器紧贴水面，通过所述超声传感器在由当前测量点往终止测量点方向的移动过程中进行地形探测。

若激光测量得到的激光的光斑强度小于预设的强度阈值，则判定为不符合激光测量条件，切换至所述第二测量模式。若超声测量的水深属于盲区范围，或者若超声探测得到的回波干扰大于预设范围，则判定为不符合超声测量条件，切换至所述第三测量模式。

基于上述内容可知，本发明提供了一种有机联合阻抗、超声、激光传感器的工况自适应地形测量方法，能够发挥不同测量手段的优势，满足复杂环境下模型地形自动、快速、稳定测量的应用需求。

下面以上述的多传感器联合测量的方法为核心，提供具体应用时的完整测量方法。

一种实体模型工况自适应地形测量方法，包括以下步骤：

步骤1、通过测桥控制器控制测桥沿轨道移动到有标记指示的指定断面位置；

步骤2、到达指定断面位置后，所述测桥控制器向所述地形测量控制器发送地形测量指令；

步骤3、所述地形测量控制器收到地形测量指令后，所述地形测量控制器调度控制所述激光传感器、所述阻抗式传感器、所述超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量；

步骤4、在传感器完成断面地形测量后，通过所述地形测量控制器进行数据的采集和存储，所述地形测量控制器将采集的测量数据和测量结束信号发送至所述测桥控制器；

步骤5、所述测桥控制器收到测量结束信号和测量数据后，控制所述测桥沿所述轨道移动到下一个有标记指示的待测断面位置；

步骤6、重复步骤2至步骤5，直到所有指定断面地形测量完毕，实体模型地形测量任务完成。

其中，步骤3对应上述的多传感器联合测量的方法。

实施例2：

实施例2提供了一种实体模型工况自适应地形测量系统，包括：联合地形测量仪；所述联合地形测量仪安装在测桥上，并可沿着所述测桥的桥身方向移动；所述联合地形测量仪包括：测车、地形测量控制器、阻抗升降机构、阻抗式传感器、超声升降机构、超声传感器和激光传感器。

所述地形测量控制器设置在所述测车的一端，所述阻抗升降机构、所述超声升降机构、所述激光传感器均安装在所述测车上；所述阻抗升降机构上安装有所述阻抗式传感器，所述阻抗式传感器在所述阻抗升降机构的带动下沿垂直方向移动到达水面或河床处进行阻抗地形测量；所述超声升降机构上安装有所述超声传感器，所述超声传感器在所述超声升降机构的带动下沿垂直方向移动到达水面位置进行超声地形测量；所述激光传感器沿垂直方向向下进行无接触式激光地形测量。

此外，两条轨道分别沿实体模型河道的两岸铺设，所述测桥架设于两条所述轨道上，横跨所述实体模型河道的两岸；所述测桥在所述测桥控制器的控制和驱动下沿河道方向进行前后移动，到达任意指定的断面；所述测桥的一端设置有测桥控制器，所述测桥控制器与所述地形测量控制器连通，所述测桥控制器发送地形测量指令至所述地形测量控制器，并接收来自所述地形测量控制器的测量数据和测量结束信号；所述地形测量控制器控制所述阻抗升降机构和所述超声升降机构在垂直方向的移动时机和行程，所述地形测量控制器控制所述阻抗式传感器、所述超声传感器和所述激光传感器的启动、采集和数据传输的时机和测量参数设置。

所述实体模型工况自适应地形测量系统用于实现如实施例1所述的实体模型工况自适应地形测量方法中的步骤。

下面对本发明做进一步的说明。

如图1所示，具体实施载体是联合地形测量仪，其包括所述测车4、所述地形测量控制器5、所述阻抗升降机构6、阻抗式传感器7、超声升降机构8、超声传感器9和激光传感器10。所述联合地形测量仪安装在所述测桥2上，并可沿着所述测桥2的桥身方向移动。

设计如下联合地形测量系统，包括：两条所述轨道1分别沿实体模型河道的两岸铺设；所述测桥2架设于两条所述轨道1上，横跨所述实体模型的两岸；所述测桥2一端设置有所述测桥控制器3，在所述测桥控制器3的控制和驱动下沿河道方向前后移动，所述测桥2可以在所述轨道1上自如移动，到达任意预设的断面位置。

所述测桥2上安装有所述测车4，所述测车4的一端设置有所述地形测量控制器5；在所述地形测量控制器5的控制和驱动下，所述测车4可在所述测桥2上沿断面方向移动到达任意指定的断面测量点。

所述测车4上安装有所述阻抗升降机构6，所述阻抗升降机构6上安装有所述阻抗式传感器7，所述阻抗式传感器7在所述阻抗升降机构6的带动下可沿垂直方向移动到达水面和河床处进行阻抗地形测量。

所述测车4上安装有所述超声升降机构8，所述超声升降机构8上安装有所述超声传感器9，所述超声传感器9在所述超声升降机构8的带动下可沿垂直方向移动到达水面位置进行超声地形测量。

所述测车4上安装有所述激光传感器10，所述激光传感器10可沿垂直方向向下进行无接触式激光地形测量。

即所述阻抗升降机构6搭载所述阻抗式传感器7，所述超声升降机构8搭载所述超声传感器9，在所述地形测量控制器5的控制和驱动下上下移动，将传感器运送到测量点的指定的深度。

所述阻抗式传感器7在所述阻抗升降机构6的协助下，在垂直方向移动过程中探测其两个电极中的介质的阻抗值，通过空气介质、干燥地面、水介质和水底泥沙介质的阻抗值差异识别空气/水、空气/洲滩、水/水底等不同介质的分界面，从而测量水面、洲滩、水底(分别对应图1中的水面11、洲滩12、河床13)的深度。所述超声传感器9在所述超声升降机构8的协助下上下移动，通过回波强度分析、识别并到达水面位置。通过向水下发射超声、接收回波，从而获取河床的水深信息。所述激光传感器10可向下发射激光，在水底形成光斑，再由其CCD装置采集光斑影像，并分析其深度，从而获取河床与所述传感器的距离。

其中，所述测桥控制器3负责控制和驱动所述测桥2沿所述轨道1前后移动，测桥两端独立驱动机构保证所述测桥2能够到达河段内的任意指定断面；所述测桥控制器3还负责向所述地形测量控制器5发送地形测量指令和接收测量状态信号和数据；所述地形测量控制器5负责所述阻抗升降机构6和所述超声升降机构8在垂直方向的移动时机和行程；所述地形测量控制器5负责控制所述阻抗式传感器7、所述超声传感器9和所述激光传感器10的启动、采集和数据传输的时机和测量参数设置；所述地形测量控制器5负责根据阻抗、超声、激光传感器侦测的地形类型，调度选择合适的传感器及测量方法，以适应地形测量的具体要求。

利用上述系统，本实施例提供一种实体模型工况自适应地形测量方法，包括以下步骤：

步骤1、测量人员对所述测桥控制器3下达断面地形测量任务后，所述测桥控制器3控制所述测桥2沿所述轨道1前后移动到有标记指示的指定断面位置。

步骤2、所述测桥控制器3到达指定断面位置后，向所述地形测量控制器5发送地形测量指令。

步骤3、所述地形测量控制器5收到地形测量指令后，调度控制阻抗、超声、激光传感器配合对不同环境下的地形进行自动测量。

其中，所述步骤3包括以下子步骤：

步骤301、所述地形测量控制器5控制所述测车4沿断面方向移动到断面的第一个测量点位置，即断面起始测量位置。

步骤302、由于激光具有精度高、速度快、测量点密度高的优点，因此首选利用所述激光传感器10进行地形测量：激光器垂直向下方发射激光，在河床底部形成光斑；再利用高分辨率线阵式CCD摄取光斑图像，根据光斑在图像中的位置分析出光斑的深度，从而测量得到河床深度。在无水或水体较清澈的情况下，所述地形测量控制器5控制所述测车4沿断面方向从起始测量位置移动到终点位置，移动过程中所述激光传感器10可以测量断面上各点的河床深度，从而得到河床地形。

即在无水或水体较清澈的情况下，可能只需采用激光传感器作为主传感器一测到底,基于激光传感器测量得到的地形数据实现地形测量。

步骤303、即使在水体较清澈的情况下，水面仍然可能存在少量漂浮物遮挡光线，使光斑出现在水面位置。因此在激光法测量到终点后，所述测车4在回到起点的过程中，所述地形测量控制器5控制所述阻抗升降机构6沿垂直方向移动，让所述阻抗式传感器7对下方进行测量。所述阻抗式传感器7能侦测到空气到水面、水体到水底的介质界面交界处的阻抗变化，因此能够测量、分析阻抗数据以获得水面和水底的深度；通过获得的水面深度，地形测量系统能够将同时满足以下三个条件的光斑对应区域识别为水面漂浮物：区域内光斑深度测量值属于水面深度附近区域范围内(即测量光斑深度位于水面深度附近)、区域宽度不超过预设宽度(即光斑未连成片，例如区域宽度不超过100mm)、区域边缘处光斑深度变化值超过预设的深度变化范围。识别为水面漂浮物后，将该区域对应的采集数据过渡掉，用插值的方法对滤掉的点进行补偿。

步骤304、激光测量过程中，有可能遇到水体混浊或杂质遮挡的复杂环境。借助接收的光斑强度及变化情况，所述地形测量控制器5可以识别上述不适合激光法测量地形的环境，从而切换使用所述阻抗式传感器7进行一次当前位置的水面和水底位置测量,以获取当前位置的水深信息。

步骤305、如前所述，超声地形测量方法无接触、测量速度快、点密度高，测量精度低于激光测量，但在混浊水流中声穿透性优于激光。因此当激光在混浊水流中测量或被杂质遮挡时，首先考虑使用超声手段进行水下地形测量。超声测量时要求传感器紧挨水面测量，水深要大于盲区。如获取的当前水深信息满足超声测量的要求，则所述地形测量控制器5控制所述超声升降机构8沿垂直方向移动，使所述超声传感器9正好贴在水面。所述超声传感器9向水下垂直发射声波，声波碰到水底反射回波，再由所述超声传感器9接收，通过计算发射声波和回波的到达时间差，可获得该点河床的水深。在激光无法适应的混浊水流或有遮挡光线的复杂环境下，如果水深满足超声测量需要，则所述地形测量控制器5控制所述测车4沿断面方向从超声起始测量移动到终点位置，移动过程中所述超声传感器9可以测量断面上各点的河床深度，从而得到河床地形。

步骤306、阻抗地形测量方式属于接触式测量，对地形有扰动，点式测量方式速度慢，点密度低，但其具有测量受温度和水质影响较小、也可以适应无水、清水、浑水及洲滩等情况，适应性和可靠性都优于激光和超声测量方法。当遇到上述不适合激光法测量地形的环境，且由所述阻抗式传感器7测量得到的当前位置的水深不满足超声测量的条件，或者在超声测量过程中发现回波干扰过大(水体混浊程度太高)或到达水深不满足超声测量条件的区域(浅水或洲滩)时，所述地形测量控制器5识别该场景并调度使用所述阻抗式传感器7进行地形测量。所述地形测量控制器5控制所述阻抗升降机构6在当前位置沿垂直方向向下移动，让所述阻抗式传感器7对下方地形进行测量。测量完当前位置后，所述地形测量控制器5控制所述阻抗升降机构6向上移动归位，再控制所述测车4沿断面方向向终点位置移动一个步长，再次控制所述阻抗升降机构6和阻抗式传感器7配合测量该位置的地形。依此类推，直到到达指定断面的测量终点为止；

步骤307、在所述阻抗式传感器7进行点式测量过程中，如所述地形测量控制器5获取和分析其获取的当前水深信息，判定环境满足超声测量的要求，则所述地形测量控制器5调度切换测量方式为超声测量，流程回到子步骤305。

即在水体混浊或杂质遮挡等复杂环境下,最终得到的地形数据可能包括激光、超声、阻抗式传感器这三种传感器采集的数据，基于多传感器联合实现地形测量。

下面从另一角度对步骤3进行说明。

首先开始进行激光/阻抗联合抗水面漂浮物干扰的地形测量，即：控制所述激光传感器10在所述测车4由起始测量点往终止测量点移动过程中不断测量断面地形，在所述测车4由终止测量点回到起始测量点的过程中，在预设的中间点由所述阻抗式传感器7执行一次阻抗点式测量，获取当前点的水面信息。如果为无水地形，则丢弃该信息，否则，则用水面信息校正激光地形测量法获得的地形信息，将零散小区域、深度为水面附近的目标视为水面漂浮物，将其滤除。

在上述激光/阻抗联合地形测量过程中，如果无水或水体清澈，则采用该方法完整测量整个断面的地形。如果在该过程中由于水体混浊或杂质遮挡，导致接收的光斑强度太弱或完全无法接收，则由所述地形测量控制器5识别并切换进入阻抗/超声联合测量模式，由所述阻抗式传感器7进行一次当前位置的水面和水底位置测量，以获取当前位置的水深信息并判别是否满足超声测量要求。

如前述单次阻抗测量获取的水深信息满足超声测量要求，则由所述地形测量控制器5控制所述超声传感器9紧贴水面在所述测车4由当前点往终止测量点移动过程中不断进行水下地形测量。在测量过程中，所述地形测量控制器5实时检测水深信息。如水深信息一直满足要求，则采用超声测量法测完断面剩余未测的测量点地形；当判别到达水中洲滩等水深信息不满足超声测量要求的场景时，则自动切换到阻抗测量方式测量剩余未测的测量点地形。

如前述单次阻抗测量获取的水深信息不满足超声测量要求，则由所述地形测量控制器控制所述阻抗式传感器7在所述测车4由当前点往终止测量点移动过程中不断进行点式阻抗测量法测量地形。在测量过程中，所述地形测量控制器5实时检测水深信息，如水深信息一直不满足超声测量要求，则采用阻抗点式测量法测完断面剩余未测的测量点地形；一旦判别水深信息满足超声测量要求时，则自动切换到超声测量方式测量剩余未测的测量点地形。

步骤4、在所述阻抗式传感器7、所述超声传感器9、所述激光传感器10在所述地形测量控制器5的控制下完成断面地形测量后，数据由所述地形测量控制器5采集、存储，连同测量结束信号一起发送到所述测桥控制器3。

步骤5、所述测桥控制器3收到测量结束信号和测量数据后，控制所述测桥2沿所述轨道1前后移动到下一个有标记指示的待测断面位置。

步骤6、重复步骤2～步骤5，直到所有指定断面地形测量完毕，则实体模型地形测量任务完成。

由上述调度方案，所述地形测量控制器5调度控制所述测车4、所述阻抗升降机构6、所述阻抗式传感器7、所述超声升降机构8、所述超声传感器9和所述激光传感器10，自动协同完成各种复杂环境下的断面地形测量。

本发明实施例提供的一种实体模型工况自适应地形测量方法及系统至少包括如下技术效果：

本发明提供的系统集成了阻抗、超声、激光三种地形测量传感器，在具备自动行走及定位断面的测桥、测桥控制器和地形测量控制器的控制下，通过本发明提供的自适应地形测量方法，识别模型试验中无水干床、清水/浑水、水面和洲滩混杂等多种复杂环境，并调度多传感器有机联合共同完成断面地形测量任务。相对于单传感器测量系统和方法，本发明能够应用于各种复杂工况的实体模型试验，不需要人工分析工况和手动指定测量方式，自动化程度高；能够适应清水/浑水、水面/洲滩混杂地形，适应性好，运行可靠；有效克服各主流测量方法的不足，具有操作简便、测量快捷、精度高、测量点密度高的优点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种实体模型工况自适应地形测量方法，其特征在于，通过地形测量控制器调度控制激光传感器、阻抗式传感器、超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量；

包括三种测量模式：第一测量模式、第二测量模式和第三测量模式；

首选采用所述第一测量模式，所述第一测量模式为通过所述激光传感器和所述阻抗式传感器进行联合的地形测量；

若在采用所述第一测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合激光测量条件，则切换至所述第二测量模式，所述第二测量模式为通过所述超声传感器和所述阻抗式传感器进行联合的地形测量；

若在采用所述第二测量模式进行地形测量的过程中判定当前测量点对应的测量环境不符合超声测量条件，则切换至所述第三测量模式，所述第三测量模式为通过所述阻抗式传感器进行地形测量；在采用所述第三测量模式进行地形测量的过程中实时检测当前测量点是否重新符合超声测量条件，若符合则切换至所述第二测量模式；

采用所述第一测量模式进行地形测量时，将所述激光传感器作为主测量传感器，将所述阻抗式传感器作为辅助测量传感器；

通过所述激光传感器进行地形测量，得到激光测量信息；通过所述阻抗式传感器在预设的中间点位置执行一次阻抗点式测量，获得该中间点的水面信息；基于所述水面信息判断测量环境属于无水环境还是属于有水环境；若为无水环境，则丢弃所述水面信息；若为有水环境，则结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正，得到补偿校正后的激光测量信息。

2.根据权利要求1所述的实体模型工况自适应地形测量方法，其特征在于，通过所述激光传感器进行地形测量时，在移动测量的过程中所述激光传感器垂直向下发射激光，并在河床底部形成光斑，利用图像采集装置获得光斑图像，根据所述光斑图像得到光斑的深度信息，基于所述光斑的深度信息得到所述激光测量信息。

3.根据权利要求2所述的实体模型工况自适应地形测量方法，其特征在于，将同时满足以下三个条件的光斑对应区域识别为水面漂浮物：区域内光斑深度测量值属于水面深度附近区域范围内、区域宽度不超过预设宽度、区域边缘处光斑深度变化值超过预设的深度变化范围；其中，所述水面深度基于所述水面信息得到；

结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正，以实现消除水面漂浮物的干扰；结合所述水面信息对所述激光测量信息进行补偿校正的具体实现方式为：基于上述水面漂浮物的识别条件，判断所述激光测量信息中的哪些数据属于由水面漂浮物造成的错误数据，将错误数据舍弃，并通过插值的方式对舍弃的数据进行补偿。

4.根据权利要求1所述的实体模型工况自适应地形测量方法，其特征在于，采用所述第二测量模式进行地形测量时，将所述超声传感器作为主测量传感器，将所述阻抗式传感器作为辅助测量传感器；

切换至所述第二测量模式时，通过所述阻抗式传感器获得当前测量点的水深信息，若当前测量点对应的水深满足超声测量条件，则将所述超声传感器紧贴水面，通过所述超声传感器在由当前测量点往终止测量点方向的移动过程中进行地形探测。

5.根据权利要求1所述的实体模型工况自适应地形测量方法，其特征在于，若激光测量得到的激光的光斑强度小于预设的强度阈值，则判定为不符合激光测量条件，切换至所述第二测量模式；

若超声测量的水深属于盲区范围，或者若超声探测得到的回波干扰大于预设范围，则判定为不符合超声测量条件，切换至所述第三测量模式。

6.根据权利要求1所述的实体模型工况自适应地形测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过测桥控制器控制测桥沿轨道移动到有标记指示的指定断面位置；

步骤2、到达指定断面位置后，所述测桥控制器向所述地形测量控制器发送地形测量指令；

步骤3、所述地形测量控制器收到地形测量指令后，所述地形测量控制器调度控制所述激光传感器、所述阻抗式传感器、所述超声传感器配合对不同测量环境条件下的地形进行自动测量；

步骤4、在传感器完成断面地形测量后，通过所述地形测量控制器进行数据的采集和存储，所述地形测量控制器将采集的测量数据和测量结束信号发送至所述测桥控制器；

步骤5、所述测桥控制器收到测量结束信号和测量数据后，控制所述测桥沿所述轨道移动到下一个有标记指示的待测断面位置；

步骤6、重复步骤2至步骤5，直到所有指定断面地形测量完毕，实体模型地形测量任务完成。

7.一种实体模型工况自适应地形测量系统，其特征在于，包括：联合地形测量仪；所述联合地形测量仪安装在测桥上，并可沿着所述测桥的桥身方向移动；所述联合地形测量仪包括：测车、地形测量控制器、阻抗升降机构、阻抗式传感器、超声升降机构、超声传感器和激光传感器；

所述地形测量控制器设置在所述测车的一端，所述阻抗升降机构、所述超声升降机构、所述激光传感器均安装在所述测车上；所述阻抗升降机构上安装有所述阻抗式传感器，所述阻抗式传感器在所述阻抗升降机构的带动下沿垂直方向移动到达水面或河床处进行阻抗地形测量；所述超声升降机构上安装有所述超声传感器，所述超声传感器在所述超声升降机构的带动下沿垂直方向移动到达水面位置进行超声地形测量；所述激光传感器沿垂直方向向下进行无接触式激光地形测量；

所述实体模型工况自适应地形测量系统用于实现如权利要求1-6中任一项所述的实体模型工况自适应地形测量方法中的步骤。

8.根据权利要求7所述的实体模型工况自适应地形测量系统，其特征在于，两条轨道分别沿实体模型河道的两岸铺设，所述测桥架设于两条所述轨道上，横跨所述实体模型河道的两岸；

所述测桥在所述测桥控制器的控制和驱动下沿河道方向进行前后移动，到达任意指定的断面；

所述测桥的一端设置有测桥控制器，所述测桥控制器与所述地形测量控制器连通，所述测桥控制器发送地形测量指令至所述地形测量控制器，并接收来自所述地形测量控制器的测量数据和测量结束信号；

所述地形测量控制器控制所述阻抗升降机构和所述超声升降机构在垂直方向的移动时机和行程，所述地形测量控制器控制所述阻抗式传感器、所述超声传感器和所述激光传感器的启动、采集和数据传输的时机和测量参数设置。

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