CN209166424U - 一种用于测绘的测深装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测绘的测深装置，包括无人船和测深装置，测深装置固定在所述无人船上，无人船包括船体、主控装置、电源与动力系统、巡航装置、视频采集装置和通信系统；测深装置包括传动电机、测深支架和测深仪，传动电机分别与测深支架、蓄电池组和主控装置连接。本实用新型能显著提高测绘效率和测绘精度，并且能够降低工作人员的劳动强度和测深过程的安全性。

Description

一种用于测绘的测深装置

技术领域

本实用新型涉及水下测绘领域，具体涉及一种用于测绘的测深装置。

背景技术

水下地形测量是测量水底起伏形态和地物的工作，是陆地地形测量在水下的延伸，按照水域不同，又可划分为内水地形测量和海洋地形测量。同时在测量技术方面，水深测量经历了测绳重锤测量、单波束回声测深、多波束回声测深等发展阶段。

多波束测深系统是从单波束测深系统发展起来，能一次给出与航线相垂直的平面内的几十个甚至上百个深度，能够精确、快速地测定沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状，从而较可靠地描绘出水下地形的精细特征，真正意义上实现了水下地形的面测量。与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、速度快、精度和效率高等优点。但是，由于受多波束测深仪的波速开角和波速角的限制，使得在测量水深较浅水面较宽的河流时无法一次性测量整个河流断面。

在海洋水深测量作业过程中，浅水区域特别是港口、岛礁周边的水下地形对船舶停靠、港口工程建设具有重要的作用。当前，浅水区域的地形测绘信息获取手段过于单一，主要依赖大型测量船携带的小测量船或者租用地方渔船进行作业，由于受船体整体吃水较深的影响，岛礁周边等浅水区域测绘作业难度大，安全隐患突出，通常需选择在大潮高潮时进行作业，作业效率低。无人船由于其自重较轻，体型较小且用于内河道上受风浪冲击的几率较少。所以无人船的吃水较浅，利于无人船在浅水区域测量。

中国专利(CN205209491U)公开了无人艇，包括电源装置、推动装置、主艇体以及位于主艇体两侧的两个辅助艇体，主艇体内设有数据采集中心、惯性导航系统、多波束测深仪、GPS定位系统以及控制模块。此专利能够实现较快的航速和出色的操纵性，但是，此专利不适合在深度较浅、宽度较宽的内河内测深。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种用于测绘的测深装置，具体采用如下的技术方案：

一种用于测绘的测深装置，包括无人船和测深装置，所述测深装置固定在无人船上，所述无人船包括船体、主控装置、电源与动力系统、巡航装置、视频采集装置和通信系统；

所述船体采用双层结构，所述船体甲板前侧设置有桅杆；

所述测深装置包括传动电机、测深支架和测深仪；所述传动电机分别与测深支架和主控装置连接，所述测深仪固定在测深支架上；所述测深仪包括结构相同的前侧测深仪和后侧测深仪。

优选的，所述电源与动力系统包括电源模块和推进模块；

所述电源模块包括太阳能电池板、蓄电池组、柴油发电机，所述蓄电池组分别与太阳能电池板和柴油发电机连接；所述太阳能电池板设置在船体甲板上，在太阳光照充足的情况下使用所述太阳能电池板供电推进，多余电量为蓄电池组充电；夜间时采用所述蓄电池组供电推进；当所述太阳能电池板无法向蓄电池组充电时，所述柴油发电机为蓄电池充电；

所述推进模块包括喷水装置和螺旋桨装置，所述喷水装置和螺旋桨装置并列设置在船体后部。

优选的，所述通信系统包括无线发射接收器、GPS定位系统、LED显示屏和扬声器；所述无线发射接收器、GPS定位系统和扬声器均设置在桅杆顶端；所述LED显示屏布置在桅杆侧面，所述LED显示屏具有显示字幕的功能；

所述巡航装置包括避障雷达和测绘雷达，所述避障雷达设置在桅杆顶端，所述测绘雷达设置在船尾甲板上；所述测绘雷达实时对河道两边的边坡实施测绘，并将测得数据传送给主控装置。

优选的，所述传动电机包括独立设置的第一电机和第二电机。

优选的，所述测深支架包括螺杆、长齿宽齿轮、移动杆、第一齿轮和第二齿轮；所述长齿宽齿轮横截面呈齿轮状，所述长齿宽齿轮的齿宽与螺杆的长度相同，所述螺杆和长齿宽齿轮平行竖直固定在所述无人船的舷侧。

优选的，所述螺杆上端与第一电机连接，所述长齿宽齿轮上端与第二电机连接，第一电机和第二电机分别带动所述螺杆和所述长齿宽齿轮转动。

优选的，所述移动杆通过第一连接件和第二连接件分别与螺杆和长齿宽齿轮垂直连接；

所述第一连接件一端为花键，另一端为连接套筒，所述花键与所述螺杆啮合，所述连接套筒内径与所述移动杆外径相同；所述第一电机能够带动螺杆旋转使移动杆沿螺杆上下移动。

优选的，所述第二连接件将长齿宽齿轮与移动杆紧密接触，所述移动杆上与长齿宽齿轮接触处设置有与长齿宽齿轮啮合的第一齿条；所述移动杆的一端上侧和另一端下侧分别设置有第二齿条，两个第二齿条处分别啮合连接有第一齿轮和第二齿轮；所述第一齿轮和第二齿轮分别通过测深仪支架与后侧测深仪和前侧测深仪固定连接；所述测深仪支架包括支架座和支架杆，所述支架杆的一端与支架座固定连接，另一端呈三叉戟状。

优选的，所述前侧测深仪包括一个前侧中间测深仪和两个前侧侧边测深仪，所述后侧测深仪包括一个后侧中间测深仪和两个后侧侧边测深仪；所述前侧中间测深仪和前侧侧边测深仪分别固定在所述三叉戟端部；两个前侧侧边测深仪分别布置在前侧中间测深仪的两边且分别与前侧中间测深仪成50～70度夹角。

本实用新型所获得的有益技术效果：

(1)本实用新型通过将多波束测深仪、测绘雷达和无人船合理结合，并且对多波束测深仪和测绘雷达的布局做了合理分布，使得本实用新型的测绘效率和测绘精度有效提高，并显著降低了工作人员的劳动强度和测深过程的安全性。

(2)本实用新型设置了测深支架，该测深支架的两端分别设置了前侧测深仪和后侧测深仪，该前侧测深仪和后侧测深仪距离较远且相对夹角可调，能根据不同水深及时调整相对夹角，使前侧测深仪和后侧测深仪沿河流纵向一次测量所覆盖宽度最大化，有效提高测绘效率；本实用新型中测深仪固定架能够在测绘时自动降入河水内，不工作或者检修时升出水面等待下次测绘或待检。

(3)本实用新型通过在无人船上设计一部测绘雷达，能实时测得河道边坡高度和边坡角度等边坡地貌信息，并且通过边坡角度和多波束测深仪测得的河道平均水深结合，即可计算出该河道的河床宽度。

(4)本实用新型通过将前侧测深仪和后侧测深仪分别设计由三个多波束测深仪构成，并且三个多波束测深仪相邻间的开角较大，使得前侧测深仪和后侧测深仪一次测量沿河道横向测绘宽度显著扩大，能够达到一次航行既能测绘出整个河床地貌。

(5)本实用新型将测深装置固定在无人船上，利用无人船自重较轻吃水深度浅的特点，使得本实用新型适合测绘的河道深度范围较宽，有效提高了本实用新型的使用范围。

(6)本实用新型设置有GPS定位系统，能够在每次测绘任务前设定航行路线，并结合测绘雷达使本实用新型始终行驶在河道中心线上。

(7)本实用新型在桅杆顶端设置有避障雷达、扬声器，在桅杆的四面设置有LED显示屏，并且在船首设置了录像机，当避障雷达在20m范围内发现其他移动物体靠近时将自动报警，通过扬声器发出报警声，并在LED显示屏上显示“公务测绘，请注意避让”等字样；待周围物体靠近本实用新型10m内时，本实用新型将会自动采取防碰撞措施，停止测绘驶离航线以防止碰撞，并自动记录停止测绘时的坐标，待危险消除后自动返回停止测绘点处继续测绘；本实用新型在整个航行过程全程录像，以便发生意外时取证。

(8)本实用新型的LED显示屏始终处于亮屏状态，而且测绘雷达和GPS定位系统也不受黑夜的影响，因此本实用新型能够全天候实施测绘工作，有效提高了测绘效率。

(9)本实用新型设置了两种推进模式，一种为喷水推进和螺旋桨推进，在测绘时采用喷水推进能有效降低推进噪音对测绘精度的影响，显著提高测绘精度；在较浅水域航行时为确保航行安全可采用螺旋桨推进，有效提高本实用新型推进动力的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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。在附图中：

图1为本实用新型俯视图；

图2为本实用新型侧视图；

图3为本实用新型的测深装置主视图；

图4为本实用新型的B-B剖视图；

图5为本实用新型的B,-B,剖视图；

图6为本实用新型的第二连接件主视图；

图7为本实用新型的前侧测深仪主视图；

图8为本实用新型的前侧测深仪侧视图。

其中：1—船体，2—前侧测深仪，3—后侧测深仪，4—喷水装置，6—测绘雷达，7—桅杆，8—无线发射接收器，9—扬声器，10—避障雷达，11—LED显示屏，12—视频采集装置，13—太阳能电池板，14—螺旋桨装置，15—GPS定位系统，16—第一电机，17—第二电机，18—螺杆，19—长齿宽齿轮，20—移动杆，21—花键，22—套筒，23—第一齿轮，24—第二齿轮，25—前侧中间测深仪，26—前侧侧边测深仪，27—支架座,28—第一扣件，29—第二扣件

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本实用新型的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例一

根据图1所示，一种用于测绘的测深装置，包括无人船和测深装置，所述测深装置固定在无人船上。所述无人船包括船体1、主控装置、电源与动力系统、巡航装置、视频采集装置12和通信系统；所述主控装置通过通信接口与电源与动力系统、巡航装置、视频采集装置12、通信系统和测深装置连接，所述主控装置向电源与动力系统、巡航装置、视频采集装置12、通信系统和测深装置发送控制指令并接受其信息。所述船体1采用双层结构，夹层间填充泡沫，能够起到隔音和防沉功能，船体1甲板前侧设置有桅杆7。

作为一种选择，所述电源与动力系统包括电源模块和推进模块，所述电源模块包括太阳能电池板13、蓄电池组、柴油发电机，所述蓄电池组分别与太阳能电池板13和柴油发电机连接；所述太阳能电池板13设置在船体1的甲板上，太阳能电池板13设置有两块，尺寸分别为500*300mm和800*200mm，工作电压为16v，所述蓄电池组工作电压为16v。在晴天太阳光照充足的情况下使用太阳能电池板13供电实施推进，其多余电量为所述蓄电池组充电，夜间推进时可采用蓄电池组供电，当太阳能电池板13无法向该蓄电池组充电时，所述柴油发电机能为蓄电池组充电。

所述推进模块包括喷水装置4和螺旋桨装置14。所述喷水装置4和螺旋桨装置14并列设置在该船体1后部。所述喷水装置4包括喷水电机；所述螺旋桨装置14包括螺旋桨电机，所述喷水电机和螺旋桨电机均与蓄电池组连接。

根据图2所示，所述通信系统包括无线发射接收器8、GPS定位系统15、LED显示屏11和扬声器9。所述无线发射接收器8、GPS定位系统15、LED显示屏11和扬声器9均与主控装置连接。所述无线发射接收器8、GPS定位系统15和扬声器9均设置在桅杆7的顶端；所述LED显示屏11共有四块，分别布置在桅杆7的四个侧面，所述LED显示屏11具有显示字幕的功能。

作为一种选择，所述视频采集装置12设置在船首的甲板上，所述视频采集装置12能在无人船航行时自动对航道水面情况实时录像。

进一步的，所述巡航装置包括避障雷达10和测绘雷达6。所述避障雷达10设置在桅杆7的顶端；所述测绘雷达6设置在船尾的甲板上。所述测绘雷达6能够实时对河道两边的边坡实施测绘，迅速将得到的边坡高度和坡角信息传送给主控装置。

实施例二

本实施例与实施例1相同之处不再赘述，所不同之处在于：

根据图3所示，所述测深装置包括传动电机、测深支架和测深仪。所述传动电机分别与测深支架、蓄电池组和主控装置连接，所述测深仪固定在测深支架上。所述传动电机包括第一电机16和第二电机17，所述第一电机16和第二电机17分别独立设置。所述测深支架包括螺杆18、长齿宽齿轮19、移动杆20、第一齿轮23和第二齿轮24。所述长齿宽齿轮19横截面呈齿轮状，且所述长齿宽齿轮19的齿宽与螺杆18的长度相同，所述螺杆18和长齿宽齿轮19平行竖直固定在无人船的舷侧；所述测深仪包括前侧测深仪2和后侧测深仪3且前侧测深仪2和后侧测深仪3结构相同。

作为一种选择，所述测深仪优选为多波束测深仪。

进一步的，所述螺杆18的上端与第一电机16连接，所述长齿宽齿轮19上端与该第二电机17连接，所述第一电机16和第二电机17能够分别带动螺杆18和长齿宽齿轮19转动；所述移动杆20通过第一连接件和第二连接件分别与螺杆18和长齿宽齿轮19垂直连接。

根据图4所示，所述第一连接件一端为花键21，另一端为连接套筒22；所述花键21与螺杆18啮合，所述连接套筒22内径与移动杆20外径相同。所述第一电机16能够带动螺杆18旋转使所述移动杆20沿螺杆18上下移动。

根据图5和图6所示，所述第二连接件包括第一扣件28和第二扣件29。所述第一扣件28和第二扣件29均呈圆弧状，第一扣件28的圆弧半径与该长齿宽齿轮19半径相同，第二扣件29的圆弧半径与移动杆20半径相同，该第一扣件28和该第二扣件29通过螺栓连接；所述第二连接件能够将该长齿宽齿轮19与移动杆20紧密接触。

所述移动杆20上与长齿宽齿轮19接触处设置有与长齿宽齿轮19啮合的第一齿条。所述移动杆20的一端上侧和另一端下侧分别设置有第二齿条，两个第二齿条处分别啮合连接有第一齿轮23和第二齿轮24；所述第一齿轮23和第二齿轮24外部分别套有第一齿轮壳和第二齿轮壳，所述第一齿轮壳和第二齿轮壳分别固定在第一连接件和第二连接件上，所述第一齿轮壳和第二齿轮壳内部分别设置有水平的第一转轴和第二转轴，所述第一齿轮23和第二齿轮24分别绕第一转轴和第二转轴旋转。所述第一齿轮23和第二齿轮24的侧面分别通过测深仪支架与后侧测深仪3和前侧测深仪2固定连接。当第二电机17转动时能够带动长齿宽齿轮19旋转使移动杆20水平移动，进而使前侧测深仪2和后侧测深仪3同时向相反方向旋转；前侧测深仪2和后侧测深仪3均与主控装置连接。

根据图7和图8所示，所述测深仪支架包括支架座27和支架杆。所述支架杆总体呈直角状，支架杆的一端与支架座27固定连接，另一端呈三叉戟状，支架座27上设置有四个螺钉孔。

所述前侧测深仪2包括一个前侧中间测深仪25和两个前侧侧边测深仪26，后侧测深仪3包括一个后侧中间测深仪和两个后侧侧边测深仪。所述前侧中间测深仪25和前侧侧边测深仪26分别固定在该三叉戟端部；两个前侧侧边测深仪26分别布置在前侧中间测深仪25的两边且分别与前侧中间测深仪25成50～70度夹角。

实施例三

本实施例与实施例1和2中相同之处不再赘述，所不同之处在于：

一种用于测绘的测深装置的使用方法包括：

(1)将测深装置安装到无人船舷侧，将前侧测深仪2和后侧测深仪3与主控装置连接。

(2)从待测河道的卫星地图上获取河道的地理位置及地形信息，对无人船的航行路线进行规划，并将航行路线输入巡航系统中。

(3)开启避障雷达和LED屏，LED屏实时显示“公务测绘，请注意避让”等字样，当避障雷达发现周围有障碍物靠近时会自动报警，启动扬声器发出“公务测绘，请注意避让”等警示语音；通过GPS定位系统确定无人船位置，将GPS定位系统与巡航装置配合，使无人船行驶至测绘的起点。

(4)主控装置控制第一电机启动，使移动杆下降到合适深度。

(5)测绘雷达对河道两侧边坡实施扫描，将边坡高度和边坡角度及时传输给主控装置，并且通过对两侧边坡的扫描确定河道中心线，进一步修正航行路线，使无人船始终沿着河道中心线航行。

(6)主控装置同时启动前侧中间测深仪25和后侧中间测深仪，并将测绘数据传输至主控装置；主控装置通过测绘数据计算出河床的平均深度，并结合两侧边坡的角度，计算出该河道河床宽度。若河床宽度大于前侧中间测深仪25和后侧中间测深仪的波束开角覆盖宽度时，主控装置自动启动前侧侧边测深仪和后侧侧边测深仪实施测绘，使得无人船一次航行即能测绘出整个河床的地形。

(7)主控装置根据河道水深计算出前侧测深仪和后侧测深仪的夹角，使前侧测深仪和后侧测深仪的波束角覆盖的重叠量最小，能有效提高沿河道方向一次测量宽度，并通过控制第二电机启动改变前侧测深仪和后侧测深仪的夹角。

(8)主控装置通过无线发射接收器将河床和边坡的测绘数据及时传送至岸基测绘站，岸基测绘站将测绘数据生成河道的三维地形图。

如上所述，可较好地实现本实用新型，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本实用新型的保护范围内。本实用新型中未进行特殊说明或限定的部分，均采用现有技术实施。

Claims (9)

1.一种用于测绘的测深装置，包括无人船和测深装置，所述测深装置固定在无人船上，其特征在于，所述无人船包括船体(1)、主控装置、电源与动力系统、巡航装置、视频采集装置(12)和通信系统；

所述船体(1)采用双层结构，所述船体(1)甲板前侧设置有桅杆(7)；

所述测深装置包括传动电机、测深支架和测深仪；所述传动电机分别与测深支架和主控装置连接，所述测深仪固定在测深支架上；所述测深仪包括结构相同的前侧测深仪(2)和后侧测深仪(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述电源与动力系统包括电源模块和推进模块；

所述电源模块包括太阳能电池板(13)、蓄电池组、柴油发电机，所述蓄电池组分别与太阳能电池板(13)和柴油发电机连接；所述太阳能电池板(13)设置在船体(1)甲板上，在太阳光照充足的情况下使用所述太阳能电池板(13)供电推进，多余电量为蓄电池组充电；夜间时采用所述蓄电池组供电推进；当所述太阳能电池板(13)无法向蓄电池组充电时，所述柴油发电机为蓄电池充电；

所述推进模块包括喷水装置(4)和螺旋桨装置(14)，所述喷水装置(4)和螺旋桨装置(14)并列设置在船体(1)后部。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述通信系统包括无线发射接收器(8)、GPS定位系统(15)、LED显示屏(11)和扬声器(9)；所述无线发射接收器(8)、GPS定位系统(15)和扬声器(9)均设置在桅杆(7)顶端；所述LED显示屏(11)布置在桅杆(7)侧面，所述LED显示屏(11)具有显示字幕的功能；

所述巡航装置包括避障雷达(10)和测绘雷达(6)，所述避障雷达(10)设置在桅杆(7)顶端，所述测绘雷达(6)设置在船尾甲板上；所述测绘雷达(6)实时对河道两边的边坡实施测绘，并将测得数据传送给主控装置。

4.根据权利要求1或2任一项所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述传动电机包括独立设置的第一电机(16)和第二电机(17)。

5.根据权利要求4所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述测深支架包括螺杆(18)、长齿宽齿轮(19)、移动杆(20)、第一齿轮(23)和第二齿轮(24)；所述长齿宽齿轮(19)横截面呈齿轮状，所述长齿宽齿轮(19)的齿宽与螺杆(18)的长度相同，所述螺杆(18)和长齿宽齿轮(19)平行竖直固定在所述无人船的舷侧。

6.根据权利要求5所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述螺杆(18)上端与第一电机(16)连接，所述长齿宽齿轮(19)上端与第二电机(17)连接，第一电机(16)和第二电机(17)分别带动所述螺杆(18)和所述长齿宽齿轮(19)转动。

7.根据权利要求5所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述移动杆(20)通过第一连接件和第二连接件分别与螺杆(18)和长齿宽齿轮(19)垂直连接；

所述第一连接件一端为花键(21)，另一端为连接套筒(22)，所述花键(21)与所述螺杆(18)啮合，所述连接套筒(22)内径与所述移动杆(20)外径相同；所述第一电机(16)能够带动螺杆(18)旋转使移动杆(20)沿螺杆(18)上下移动。

8.根据权利要求7所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述第二连接件将长齿宽齿轮(19)与移动杆(20)紧密接触，所述移动杆(20)上与长齿宽齿轮(19)接触处设置有与长齿宽齿轮(19)啮合的第一齿条；所述移动杆(20)的一端上侧和另一端下侧分别设置有第二齿条，两个第二齿条处分别啮合连接有第一齿轮(23)和第二齿轮(24)；所述第一齿轮(23)和第二齿轮(24)分别通过测深仪支架与后侧测深仪(3)和前侧测深仪(2)固定连接；所述测深仪支架包括支架座(27)和支架杆，所述支架杆的一端与支架座(27)固定连接，另一端呈三叉戟状。

9.根据权利要求8所述的一种用于测绘的测深装置，其特征在于，所述前侧测深仪(2)包括一个前侧中间测深仪(25)和两个前侧侧边测深仪(26)，所述后侧测深仪(3)包括一个后侧中间测深仪和两个后侧侧边测深仪；所述前侧中间测深仪(25)和前侧侧边测深仪(26)分别固定在所述三叉戟端部；两个前侧侧边测深仪(26)分别布置在前侧中间测深仪(25)的两边且分别与前侧中间测深仪(25)成50～70度夹角。