CN211205281U - 一种臂挂拖曳式水深测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种臂挂拖曳式水深测量系统，包括母船和子船，母船载有处理电脑和水下推进器单元；子船载有水下测量单元和水上定位单元，子船上设有凹槽，子船的头部安装有固定底座，固定底座中部形成有接槽；处理电脑分别与水下测量单元和水上定位单元通过传输线缆连接，处理电脑通过传输线缆接收水下测量单元和水上定位单元的返回信号；水下推进器单元连接在母船的尾部，水下推进器单元对母船提供动力；水下测量单元固定于子船的凹槽中；水上定位单元通过连接杆固定于子船的船体上端；母船和子船之间连接有臂挂联动装置。本实用新型采用母船和子船结合，配合臂挂联动装置，实现简洁高效的内陆河流、湖泊等浅水区域的水深测量。

Description

一种臂挂拖曳式水深测量系统

技术领域

本实用新型涉及一种臂挂拖曳式水深测量系统，属于测量技术领域。

背景技术

目前，水深测量技术船载方式主要有两种：第一、有人船搭载，经过十几年不断发展，技术已日趋成熟完善，产品稳定性强、可靠性高；第二、无人船搭载，经过近几年发展,无人船可搭载测深传感器开展地形测量任务，具有体积小、作业成本低、机动性强等特点，在水上测绘领域中具有巨大的潜力。

现阶段，有人船搭载测深技术与系统已完善成熟，但是仍存在以下问题：测量准备前仪器安装和拆卸费时费力；水下测量单元吃水深度值、水上定位单元距水面高度、水上定位单元与水下测量单元平面空间位置距离重要技术参数每次测量前要根据安装情况重新测量并手动输入；同时船只租用费用会占用较高的项目成本；有人船搭载测深技术受船体重量限制吃水较深，适合在水深较深的开阔水域工作，不适用于水深较浅水域。

现阶段，无人船搭载测深技术仍不成熟，在地形复杂水域开展测量具有一定的危险性，船体与岸站之间的无线传输方式存在延迟，致使船体搁浅、触礁、障碍物碰撞，增加船体维修与打捞成本；无人船搭载测深技术的产品市场价格较高，一般由锂电池作为推进器单元，电池续航力不足，影响工作效率。

综上，亟需提出一种新的水深测量技术方案，以解决现有技术所面临的上述系列问题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种臂挂拖曳式水深测量系统，采用母船和子船结合，配合臂挂联动装置，实现简洁高效的内陆河流、湖泊等浅水区域的水深测量。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种臂挂拖曳式水深测量系统，包括母船和子船，所述母船载有处理电脑和水下推进器单元；所述子船载有水下测量单元和水上定位单元，子船上设有凹槽，子船的头部安装有固定底座，所述固定底座中部形成有接槽；

所述处理电脑分别与所述水下测量单元和水上定位单元通过传输线缆连接，处理电脑通过所述传输线缆接收水下测量单元和水上定位单元的返回信号；

所述水下推进器单元连接在所述母船的尾部，水下推进器单元对所述母船提供动力；

所述水下测量单元固定于所述子船的凹槽中，水下测量单元的换能器底部平行于所述子船的船底；

所述水上定位单元通过连接杆固定于所述子船的船体上端；

所述母船和子船之间连接有臂挂联动装置，臂挂联动装置设有联动挂钩，所述臂挂联动装置的一端固定在所述母船的船体上，臂挂联动装置的另外一端通过所述联动挂钩与所述接槽采用螺杆连接。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述母船上还载有移动电源，所述移动电源固定在所述母船的中部，移动电源用于对所述处理电脑、水下测量单元和水下定位单元提供电力。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述臂挂联动装置还包括伸缩连杆、联动轴杆、联动轴套和联动杆；所述伸缩连杆的一端固定在所述母船的上端，伸缩连杆延伸至所述母船的船体外侧，所述联动轴杆形成在所述伸缩连杆的末端；所述联动轴套的侧部连接所述联动杆，联动轴杆插入所述联动轴套中；所述联动杆连接所述联动挂钩。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，还包括垫块和固定螺栓，所述联动轴杆的末端形成有紧固内螺纹，所述垫块的中心形成有配合口，所述固定螺栓经过所述配合口与紧固内螺纹旋接；所述垫块阻挡在所述联动轴套的外部。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述伸缩连杆与所述母船的连接处设有两个卡扣，所述卡扣通过螺栓固定于母船。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述母船的船体采用充气船；所述子船的船体采用EVA材料；所述臂挂联动装置采用铝质金属；所述水下推进器单元采用汽油水下推进器。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述处理电脑和水下推进器单元的间距小于1米，处理电脑和水下推进器单元之间形成作业区域。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述水上定位单元内置有锂电池，水上定位单元集成有接收GPS、GLONASS、GALILEO和北斗卫星信号的卫星导航定位芯片TeseoIII。

作为臂挂拖曳式水深测量系统的优选方案，所述传输线缆与水下测量单元的换能器顶端连接，传输线缆与水下测量单元的连接处硫化密封；所述水上定位单元通过连接杆固定在水下测量单元的换能器正上方。

本实用新型还提供一种臂挂拖曳式水深测量方法，采用上述的臂挂拖曳式水深测量系统，包括以下步骤：

预设子船吃水深度h₁、水下测量单元的换能器底部至子船底部距离h₂、子船船体高度h₃、水上定位单元与子船船体的连接杆高度h₄；

水下测量单元吃水深度值H₁＝子船吃水深度h₁-水下测量单元的换能器底部至子船底部距离h₂；

水上定位单元距水面高度H₂＝子船船体高度h₃-子船吃水深度h₁+水上定位单元与子船船体连接杆高度h₄；

获取水上定位单元和水下测量单元的返回信号，根据所述返回信号解算水下测量单元至水底的距离H及水下测量单元的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元}，Z_{水下测量单元})；

根据所述水下测量单元至水底的距离H及水下测量单元的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元}，Z_{水下测量单元})，通过处理电脑显示子船的轨迹S及水底高程H_水底；

H_水底＝Z_{水下测量单元}-H-H₁-H₂；

轨迹S用水下测量单元的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元})表示，所述轨迹S的表示方式为依次对水下测量单元的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元})进行连线，在所述轨迹S上展示水底高程H_水底。

本实用新型技术方案采用母船和子船的搭配作业，安装和拆卸简单、便携性强、吃水深度浅，成本节省；母船的水下推进器单元动力由汽油提供，相比锂电池更持久，续航力足，有效工作时间更长；在地形复杂水域工作时，可人工实时调整母船的船向、船速以及伸缩连杆的长度躲避障碍，搁浅、触礁危险性大大降低，可以用于内陆河流、湖泊等浅水区域；

相比无人船搭载测深技术的无线传输方式，处理电脑通过有线传输方式连接子船搭载的水下测量单元与水上定位单元，更加稳定；

相对有人船搭载测深技术的设备安装准备工作简便，水下测量单元吃水深度值、水上定位单元与水面之间高差值和水上定位单元与水下测量单元相对位置重要技术参数值固定，避免重复测量误差；

臂挂联动装置使子船在测量过程中沿水面垂荡方向自由运动，子船的船艏与母船保持一致，航行中船速船向与母船同步，减少震动传播。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例中提供的臂挂拖曳式水深测量系统结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的臂挂拖曳式水深测量系统子船示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的臂挂拖曳式水深测量系统中臂挂联动装置分解示意图；

图4为本实用新型实施例中提供的臂挂联动装置中联动轴套和联动杆焊接示意图。

图中，1、母船；2、子船；3、处理电脑；4、水下推进器单元；5、水下测量单元；6、水上定位单元；7、凹槽；8、固定底座；9、臂挂联动装置；10、联动挂钩；11、移动电源；12、伸缩连杆；13、联动轴杆；14、联动轴套；15、联动杆；16、卡扣；17、垫块；18、固定螺栓；19、紧固内螺纹；20、配合口；21、连接杆；22、传输线缆；23、接槽。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参见图1和图2，提供一种臂挂拖曳式水深测量系统，包括母船1和子船2，所述母船1载有处理电脑3和水下推进器单元4；所述子船2载有水下测量单元5和水上定位单元6，子船2上设有凹槽7，子船2的头部安装有固定底座8，所述固定底座8中部形成有接槽23；

所述处理电脑3分别与所述水下测量单元5和水上定位单元6通过传输线缆22连接，处理电脑3通过所述传输线缆22接收水下测量单元5和水上定位单元6的返回信号；

所述水下推进器单元4连接在所述母船1的尾部，水下推进器单元4对所述母船1提供动力；

所述水下测量单元5固定于所述子船2的凹槽7中，水下测量单元5的换能器底部平行于所述子船2的船底；

所述水上定位单元6通过连接杆21固定于所述子船2的船体上端；

所述母船1和子船2之间连接有臂挂联动装置9，臂挂联动装置9设有联动挂钩10，所述臂挂联动装置9的一端固定在所述母船1的船体上，臂挂联动装置9的另外一端通过所述联动挂钩10与所述接槽23采用螺杆连接。

臂挂拖曳式水深测量系统的一个实施例中，所述母船1上还载有移动电源11，所述移动电源11固定在所述母船1的中部，移动电源11用于对所述处理电脑3、水下测量单元5和水下定位单元提供电力。移动电源11输出交流电压220V，可以为处理电脑3供电，移动电源11还可以通过传输线缆22为水下测量单元5和水下定位单元供电。移动电源11固定在母船1的中部，由于移动电源11本身较重，放置到母船1的中部避免增加母船1的稳定性，避免船体不稳。

参见图3和图4，臂挂拖曳式水深测量系统的一个实施例中，所述臂挂联动装置9还包括伸缩连杆12、联动轴杆13、联动轴套14和联动杆15；所述伸缩连杆12的一端固定在所述母船1的上端，所述伸缩连杆12与所述母船1的连接处设有两个卡扣16，所述卡扣16通过螺栓固定于母船1，伸缩连杆12延伸至所述母船1的船体外侧；所述联动轴杆13形成在所述伸缩连杆12的末端；所述联动轴套14的侧部连接所述联动杆15，联动轴杆13插入所述联动轴套14中；所述联动杆15连接所述联动挂钩10。

具体的，伸缩连杆12可拆卸为多段单节，方便运输，单节的伸缩连杆12采用嵌套的方式，或者单节之间通过螺纹螺杆结构组接，伸缩连杆12可以实现长度调节，进而可以根据需求调节母船1和子船2的间距。联动轴杆13与联动轴套14的之间的软性连接，保证伸缩连杆12能够相对子船2旋转，保证母船1和子船2航行过程中的同步稳定性，保证子船2在测量过程中沿水面垂荡方向自由运动。

具体的，还包括垫块17和固定螺栓18，所述联动轴杆13的末端形成有紧固内螺纹19，所述垫块17的中心形成有配合口20，所述固定螺栓18经过所述配合口20与紧固内螺纹19旋接；所述垫块17阻挡在所述联动轴套14的外部。联动轴杆13插入联动轴套14后末端伸出，通过与垫块17的配合口20对接，采用固定螺栓18紧固，避免联动轴杆13从联动轴套14中脱出。

臂挂拖曳式水深测量系统的一个实施例中，所述母船1的船体采用充气船；所述子船2的船体采用EVA材料；所述臂挂联动装置9采用铝质金属；所述水下推进器单元4采用汽油水下推进器。母船1的船体尺寸可依据承载总重量进行灵活设计，船体宜为充气式，方便压缩运输。子船2的船体宜为EVA材料浮体，柔软性好、防震、防滑、抗压力性强。铝质金属的臂挂联动装置9，保证臂挂联动装置9拖曳子船2作业时的强度，同时防腐蚀性好，使用寿命长。采用汽油推进，相比传统锂电池更持久，续航力足，使有效工作时间更长。

臂挂拖曳式水深测量系统的一个实施例中，所述处理电脑3和水下推进器单元4的间距小于1米，处理电脑3和水下推进器单元4之间形成作业区域。方便操控人员在作业区域实时检查返回图像并及时修正船体的船速和船向。

臂挂拖曳式水深测量系统的一个实施例中，所述水上定位单元6内置有锂电池，水上定位单元6集成有接收GPS、GLONASS、GALILEO和北斗卫星信号的卫星导航定位芯片TeseoIII。水上定位单元6采集子船2船体在运动中实时地理坐标系下的空间坐标，支持接收GPS、GLONASS、GALILEO和北斗卫星信号，可与CORS基站实现差分解算，达到平面与高程精度厘米级误差，工作电力由锂电池提供，电池内置在信号接收装置中，可拆卸充电，密封防水性能良好。

具体的，TeseoIII在单一芯片上整合射频单元(RF)、数字控制器和闪存，可同时追踪多个不同的卫星定位系统。TeseoIII可提供优异的定位准确度。TeseoIII兼具高定位准确度、强大的处理性能和优异的设计灵活性。

臂挂拖曳式水深测量系统的一个实施例中，所述传输线缆22与水下测量单元5的换能器顶端连接，传输线缆22与水下测量单元5的连接处硫化密封。传输线缆22为水下测量单元5提供工作电力，传输水下测量单元5与水上定位单元6的返回信号，硫化密封保证传输线缆22适合外业操作环境，具有强的防水特性。

本实用新型技术方案中母船1载有处理电脑3和水下推进器单元4；子船2载有水下测量单元5和水上定位单元6，子船2上设有凹槽7，子船2的头部安装有固定底座8，固定底座8中部形成有接槽23。处理电脑3分别与水下测量单元5和水上定位单元6通过传输线缆22连接，处理电脑3通过传输线缆22接收水下测量单元5和水上定位单元6的返回信号。水下推进器单元4连接在母船1的尾部，水下推进器单元4对母船1提供动力。水下测量单元5固定于子船2的凹槽7中，水下测量单元5的换能器底部平行于子船2的船底。水上定位单元6通过连接杆21固定于子船2的船体上端。母船1和子船2之间连接有臂挂联动装置9，臂挂联动装置9设有联动挂钩10，臂挂联动装置9的一端固定在母船1的船体上，臂挂联动装置9的另外一端通过联动挂钩10与接槽23采用螺杆连接。伸缩连杆12可拆卸为多段单节，方便运输，单节的伸缩连杆12采用嵌套的方式，或者单节之间通过螺纹螺杆结构组接，伸缩连杆12可以实现长度调节，进而可以根据需求调节母船1和子船2的间距。联动轴杆13与联动轴套14的之间的软性连接，保证伸缩连杆12能够相对子船2旋转，保证母船1和子船2航行过程中的同步稳定性，保证子船2在测量过程中沿水面垂荡方向自由运动。联动轴杆13插入联动轴套14后末端伸出，通过与垫块17的配合口20对接，采用固定螺栓18紧固，避免联动轴杆13从联动轴套14中脱出。本技术方案采用母船1和子船2的搭配作业，安装和拆卸简单、便携性强、吃水深度浅，成本节省；母船1的水下推进器单元4动力由汽油提供，相比锂电池更持久，续航力足，有效工作时间更长；在地形复杂水域工作时，可人工实时调整母船1的船向船速躲避障碍，搁浅、触礁危险性大大降低，可以用于内陆河流、湖泊等浅水区域。相比无人船搭载测深技术的无线传输方式，处理电脑3通过有线传输方式连接子船2搭载的水下测量单元5与水上定位单元6，更加稳定。相对有人船搭载测深技术的设备安装准备工作简便，水下测量单元5吃水深度值、水上定位单元6与水面之间高差值和水上定位单元6与水下测量单元5相对位置重要技术参数值固定，避免重复测量误差。臂挂联动装置9使子船2在测量过程中沿水面垂荡方向自由运动，子船2的船艏与母体保持一致，航行中船速船向与母船1同步，减少震动传播。

本实用新型实施例还提供一种臂挂拖曳式水深测量方法，采用上述的臂挂拖曳式水深测量系统，包括以下步骤：

预设子船2的吃水深度h₁、水下测量单元5的换能器底部至子船2底部距离h₂、子船2的船体高度h₃、水上定位单元6与子船2的船体的连接杆21高度h₄；

水下测量单元5的吃水深度值H₁＝子船2的吃水深度h₁-水下测量单元5的换能器底部至子船2底部距离h₂；

水上定位单元6距水面高度H₂＝子船2的船体高度h₃-子船2的吃水深度h₁+水上定位单元6与子船2的船体连接杆21高度h₄；

获取水上定位单元6和水下测量单元5的返回信号，根据所述返回信号解算水下测量单元5至水底的距离H及水下测量单元的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元}，Z_{水下测量单元})；

根据所述水下测量单元5至水底的距离H及水下测量单元的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元}，Z_{水下测量单元})，通过处理电脑3显示子船2的轨迹S及水底高程H_水底；

H_水底＝Z_{水下测量单元}-H-H₁-H₂；

轨迹S用水下测量单元5的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元})表示，所述轨迹S的表示方式为依次对水下测量单元5的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元})进行连线，在所述轨迹S上展示水底高程H_水底。

具体的，可以通过将水下测量单元5的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元})依次连线，进而用来表示轨迹S，可以通过处理电脑实时显示轨迹S。

臂挂拖曳式水深测量方法的一个实施例中，根据水下测量单元5的位置坐标(X_{水下测量单元}，Y_{水下测量单元}，Z_{水下测量单元})建立包含位置关系的三维水深立体模型，对所述三维水深立体模型进行水体填充，不同深度的水体采用不同的颜色进行区分，水体深度的变化采用颜色渐变进行表示，从而可以直观的得到某一水域的三维深度模型。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，包括母船(1)和子船(2)，所述母船(1)载有处理电脑(3)和水下推进器单元(4)；所述子船(2)载有水下测量单元(5)和水上定位单元(6)，子船(2)上设有凹槽(7)，子船(2)的头部安装有固定底座(8)，所述固定底座(8)中部形成有接槽(23)；

所述处理电脑(3)分别与所述水下测量单元(5)和水上定位单元(6)通过传输线缆(22)连接，处理电脑(3)通过所述传输线缆(22)接收水下测量单元(5)和水上定位单元(6)的返回信号；

所述水下推进器单元(4)连接在所述母船(1)的尾部，水下推进器单元(4)对所述母船(1)提供动力；

所述水下测量单元(5)固定于所述子船(2)的凹槽(7)中，水下测量单元(5)的换能器底部平行于所述子船(2)的船底；

所述水上定位单元(6)通过连接杆(21)固定于所述子船(2)的船体上端；

所述母船(1)和子船(2)之间连接有臂挂联动装置(9)，臂挂联动装置(9)设有联动挂钩(10)，所述臂挂联动装置(9)的一端固定在所述母船(1)的船体上，臂挂联动装置(9)的另外一端通过所述联动挂钩(10)与所述接槽(23)采用螺杆连接。

2.根据权利要求1所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述母船(1)上还载有移动电源(11)，所述移动电源(11)固定在所述母船(1)的中部，移动电源(11)用于对所述处理电脑(3)、水下测量单元(5)和水下定位单元提供电力。

3.根据权利要求1所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述臂挂联动装置(9)还包括伸缩连杆(12)、联动轴杆(13)、联动轴套(14)和联动杆(15)；所述伸缩连杆(12)的一端固定在所述母船(1)的上端，伸缩连杆(12)延伸至所述母船(1)的船体外侧，所述联动轴杆(13)形成在所述伸缩连杆(12)的末端；所述联动轴套(14)的侧部连接所述联动杆(15)，联动轴杆(13)插入所述联动轴套(14)中；所述联动杆(15)连接所述联动挂钩(10)。

4.根据权利要求3所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，还包括垫块(17)和固定螺栓(18)，所述联动轴杆(13)的末端形成有紧固内螺纹(19)，所述垫块(17)的中心形成有配合口(20)，所述固定螺栓(18)经过所述配合口(20)与紧固内螺纹(19)旋接；所述垫块(17)阻挡在所述联动轴套(14)的外部。

5.根据权利要求3所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述伸缩连杆(12)与所述母船(1)的连接处设有两个卡扣(16)，所述卡扣(16)通过螺栓固定于母船(1)。

6.根据权利要求1所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述母船(1)的船体采用充气船；所述子船(2)的船体采用EVA材料；所述臂挂联动装置(9)采用铝质金属；所述水下推进器单元(4)采用汽油水下推进器。

7.根据权利要求1所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述处理电脑(3)和水下推进器单元(4)的间距小于1米，处理电脑(3)和水下推进器单元(4)之间形成作业区域。

8.根据权利要求1所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述水上定位单元(6)内置有锂电池，水上定位单元(6)集成有接收GPS、GLONASS、GALILEO和北斗卫星信号的卫星导航定位芯片Teseo III。

9.根据权利要求1所述的一种臂挂拖曳式水深测量系统，其特征在于，所述传输线缆(22)与水下测量单元(5)的换能器顶端连接，传输线缆(22)与水下测量单元(5)的连接处硫化密封，所述水上定位单元(6)通过连接杆(21)固定在水下测量单元(5)的换能器正上方。

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