CN208110051U - 一种基于无人船的水下测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于无人船的水下测量系统，包括无人船单元，分别与所述无人船单元通信连接的岸基基站、数据接收单元、控制单元；所述无人船单元包括船体、第一控制器，分别与第一控制器连接的助推器、第一通信模块、障碍物检测模块，第二控制器，分别与第二控制器连接的第二通信模块、测深传感器、姿态传感器、差分天线、GNSS接收机。通过架设岸基基站接收GPS卫星信号，再将差分信号发送到无人船，利用动态差分定位原理实现对无人船的实时精准定位和导航；通过设置障碍物检测模块，防止无人船在行驶时撞到岩石或船只而造成船体损坏；通过设置多种传感器对水下多种信息进行精准采集，采集数据能全面反映水下情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及水下测量领域，尤其涉及一种基于无人船的水下测量系统。
背景技术
智能已成为21世纪的热门话题，随着科技的发展，地理信息产业也迎来了多元化的发展，地理信息数据的获取方式也更为丰富多样，同时，对人身安全的重视,无人化作业越来越受到人们的重视。
而传统水下地形测量，一般是采用载人船安装单波束测深仪，结合潮位数据或者RTK定位，实现水下地形的测量。而传统测量方式，每次下水测量需要绑定和拆卸换能器，同时需要保证足够的吃水等，准备工作比较麻烦，同时具有一定的危险性。
鉴于无人船的出现，提供一种基于无人船的水下测量系统是非常有必要的。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述技术问题提供一种基于无人船的水下测量系统，能快速精准地获取水下地形数据，提高水下地形测绘效率的同时又能避免人员涉水危险。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于无人船的水下测量系统，包括无人船单元，分别与无人船单元通信连接的岸基基站、数据接收单元、控制单元；
所述无人船单元包括船体、第一控制器，分别与第一控制器连接的助推器、第一通信模块、障碍物检测模块，第二控制器，分别与第二控制器连接的第二通信模块、测深传感器、姿态传感器、差分天线、GNSS接收机；
所述船体设置有容纳腔室的机舱，以及固定在所述机舱上的框架，所述第一控制器和所述第二控制器均设置于所述机舱中；
所述第一控制器通过所述第一通信模块与所述控制单元通信连接；
所述第二控制器通过所述第二通信模块与所述数据接收单元通信连接。
本实用新型的有益效果是：通过架设岸基基站接收GPS卫星信号，再将差分信号发送到无人船，利用动态差分定位原理实现对无人船的实时精准定位和导航；通过设置障碍物检测模块，防止无人船在行驶时撞到岩石或船只而造成船体损坏；通过设置多种传感器对水下多种信息进行精准采集，采集数据能全面反映水下情况。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述障碍物检测模块包括一个全方位摄像头和四个测距传感器，所述全方位摄像头安装于所述船体的顶部，且临近船头的位置；所述四个测距传感器分别安装在所述船体的两个端面和两个侧面。
采用上述进一步方案的有益效果是通过在船头位置设置全方位摄像头以及船体的两个端面和两个侧面分别设置测距传感器，对无人船行驶时各个方向上的障碍物进行检测，多重检测，更加准确，进一步保证无人船行驶安全。
进一步，所述测距传感器为超声波测距仪、红外测距仪、激光测距仪中的任意一种。
采用上述进一步方案的有益效果是通过采用上述测距仪，测距精准，且使用方便。
进一步，所述船体的两个侧面分别安装有可拆卸浮体。
采用上述进一步方案的有益效果是通过安装可拆卸浮体，能够保证足够的吃水，且使无人船行驶更加稳定。
进一步，所述框架的外延设有柔性防撞条。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过在框架的外延设置柔性防撞条，能够在船体发生碰撞时，起到缓冲作用，较好地保护机舱。
进一步，所述测深传感器为数字测深仪。
采用上述进一步方案的有益效果是采用数字测深仪，携带方便，使用简单，可应用于多种水域进行精密水深测量。
进一步，所述姿态传感器为I MU。
采用上述进一步方案的有益效果是通过采用IMU作为姿态传感器，能够准确反映无人船的行驶姿态信息，且体积小，质量轻。
进一步，所述控制单元为工控机、手持式遥控器、移动终端中的任意一种。
采用上述进一步方案的有益效果是通过上述设备能够更加方便地对无人船进行控制。
进一步，所述数据接收单元为工控机或移动终端。
采用上述进一步方案的有益效果是通过上述设备能够更加便捷地接收无人船采集信息，并对方便处理采集信息。
进一步，所述第二控制器还分别连接有水质监测仪和ADCP。
采用上述进一步方案的有益效果是通过增加水质监测仪和ADCP能够进行水质监测和流速监测，使测量更加全面。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型无人船单元的一部分原理框图；
图3为本实用新型无人船单元的另一部分原理框图；
图4为本实用新型无人船单元的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、无人船单元，2、岸基基站，3、数据接收单元，4、控制单元，11、第一控制器，12、助推器，13、第一通信模块，14、障碍物检测模块，141、测距传感器，142、全方位摄像头，15、第二控制器，16、第二通信模块，17、测深传感器，18、姿态传感器，19、差分天线，20、GNSS接收机，21、船体，22、无线通讯天线，23、浮体。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于无人船的水下测量系统，包括无人船单元1，分别与无人船单元1通信连接的岸基基站2、数据接收单元3、控制单元4。
其中，无人船单元1行驶于水上，对目标位置进行水下情况进行测量，具体利用无人船承载各种测量传感器，无人船接收控制信息后在水上行驶，并准确到目标位置，对该位置的水下地形等情况进行测量。
岸基基站2用于接收GPS卫星信号，再将差分信号发送到无人船，实现对无人船的实时精准定位和导航。
数据接收单元3设置于岸上用于接收无人船采集的水下测量信息，并对该信息加以显示、记录、分析等。
控制单元4设置于岸上用于远程控制无人船在水上行驶。
具体地，无人船单元1所述无人船单元1包括船体(图1中未示出)、第一控制器11、助推器12、第一通信模块13、障碍物检测模块14、第二控制器15、第二通信模块16、测深传感器17、姿态传感器18、差分天线19、GNSS接收机20。
所述船体设置有容纳腔室的机舱，以及固定在所述机舱上的框架，所述第一控制器11和所述第二控制器15均设置于所述机舱中。
如图2所示：第一控制器11分别障碍物检测模块14、第一通信模块13、助推器12电性连接，所述第一控制器11通过所述第一通信模块13与所述控制单元4通信连接。该部分起到的作用为保证无人船的稳定行驶。
当实际使用时，操作人员在岸上通过控制单元4向无人船远程发送控制信号，第一控制器11通过第一通信模块13接收到控制信号后控制助推器12启动，以使无人船在水上按预计路线行驶。在行驶过程中，障碍物检测模块14实时检测无人船周围有无障碍物，若是检测到障碍物，第一控制器11则控制助推器12使无人船停止或者转向，避免无人船和障碍物之间的碰撞。
如图3所示：第二控制器15分别与第二通信模块16、测深传感器17、姿态传感器18、差分天线19、GNSS接收机20电性连接。所述第二控制器15通过所述第二通信模块16与所述数据接收单元3通信连接。该部分起到的作用为对目标位置水下深度进行测量；通过GNSS接收机20接收卫星定位信号，差分天线19接收岸基基站2发发送的差分信号，采用动态差分定位原理，实现对无人船的实时定位和导航功能；第二通信模块16则负责把无人船采集的水深数据以及自身的定位信息远程发送到岸上数据接收单元3进行显示、记录、处理等。
因为无人船在实际航行过程中受风和水流的影响，会造成船体的左右和前后摇摆，即会改变无人船的姿态，这样会造成深度检测仪与GNSS接收机20的平面数据不匹配，使得测深数据也不准确，因此，需要利用设置姿态传感器18对采集的水深数据进行校正，保证无人船测得的水深数据正确可靠。
需要说明的是，这里采用双控制器以保证控制的稳定性，第一控制器11和第二控制器15均可选用QS-GYE9。
需要说明的是，第一通信模块13和第二通信模块16具体可采用3G模块或者4及模块。
需要说明的是，动态差分定位原理为已被广泛应用于各种定位/导航场合，例如常用的GPS-RTK测量技术，为现有技术，在此不再赘述。
优选地，所述数字测深仪具体型号可为HY.HSW-1000，也可以采用华测公司推出的D130、D230、D380、D580等多款数字成像可存储可回放数字成像测深仪。
优选地，可采用IMU作为姿态传感器18，能够准确反映无人船的行驶姿态信息，且体积小，质量轻。
优选地，所述控制单元4为工控机、手持式遥控器、移动终端中的任意一种。其控制单元4的选择可根据具体测量水域的大小来决定，例如在测量区域较小，平均水深约26米，长宽分别为130米和16米的河道，适宜采用手持式遥控器。
例如，在常规水库大小的区域，则适宜采用移动终端，其中，移动终端可为个人电脑、智能手机、平板电脑，以方便随时随地对无人船进行控制。
又例如，在区域较大的湖泊、港湾、近海等水域，则适宜采用工控机。
具体地，无人船单元1的具体结构如图4所示：其船体21为流线型，助推器12设置于船体21的尾部；GNSS接收机20设置于船体21的中心位置；测深传感器17设置于船体21的底面，且位于GNSS接收机20的正下方；差分天线19安装于船体21的顶面，靠近船尾的位置；测距传感器141安装于船体21的前端；全方位摄像头142安装于船体21顶面，且靠近船头的位置。
这里让GNSS接收机与测深传感器17的相对位置关系固定，免去每次调整相对位置关系参数，同时，测深传感器17安装船体中部，最大限度保证了测量精度。通过GNSS接收机20，实时获取的厘米级高程，结合实时测深传感器17采集的水深数据，可以实时得到水下地形高程数据。
船体21的内腔设置有船舱，船舱主要用于安装第一控制器11、第二控制器15、第一通信模块13以及第二通信模块16，其中，第一通信模块13和第二通信模块16还可连接无线通讯天线22，无线通讯天线22安装在船体21顶面以增强收发信号。
优选地，船体21的左右两侧还设置有可拆卸浮体23，以保证足够的吃水及行驶稳定性。
优选地，可在船体21的两个端面和两个侧面分别设置测距传感器141，对无人船行驶时各个方向上的障碍物进行检测，多重检测，更加准确，进一步保证无人船行驶安全。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，包括无人船单元(1)，分别与所述无人船单元(1)通信连接的岸基基站(2)、数据接收单元(3)、控制单元(4)；
所述无人船单元(1)包括船体(21)、第一控制器(11)，分别与所述第一控制器(11)连接的助推器(12)、第一通信模块(13)、障碍物检测模块(14)，第二控制器(15)，分别与所述第二控制器(15)连接的第二通信模块(16)、测深传感器(17)、姿态传感器(18)、差分天线(19)、GNSS接收机(20)；
所述船体(21)设置有容纳腔室的机舱，以及固定在所述机舱上的框架，所述第一控制器(11)和所述第二控制器(15)均设置于所述机舱中；
所述第一控制器(11)通过所述第一通信模块(13)与所述控制单元(4)通信连接；
所述第二控制器(15)通过所述第二通信模块(16)与所述数据接收单元(3)通信连接。
2.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述障碍物检测模块(14)包括一个全方位摄像头(142)和四个测距传感器(141)，所述全方位摄像头(142)安装于所述船体(21)的顶部，且临近船头的位置；所述四个测距传感器(141)分别安装在所述船体(21)的两个端面和两个侧面。
3.根据权利要求2所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述测距传感器(141)为超声波测距仪、红外测距仪、激光测距仪中的任意一种。
4.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述船体(21)的两个侧面分别安装有可拆卸浮体(23)。
5.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述框架的外延设有柔性防撞条。
6.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述测深传感器(17)为数字测深仪。
7.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述姿态传感器(18)为IMU。
8.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述控制单元(4)为工控机、手持式遥控器、移动终端中的任意一种。
9.根据权利要求1所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述数据接收单元(3)为工控机或移动终端。
10.根据权利要求1-9任一项所述一种基于无人船的水下测量系统，其特征在于，所述第二控制器(15)还分别连接有水质监测仪和ADCP。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181116 |
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