一种内河复杂水域水下地形测量系统及方法技术方案

一种内河复杂水域水下地形测量系统，包括：无人机系统、小型测深仪和地面站系统，小型测深仪与无人机系统下部连接，地面站系统与无人机系统连接。其中，无人机系统包括：无人机、高压电池模块、GNSS模块、自稳云台、飞控模块和数据传输模块。本发明专利技术与传统技术相比，通过增设无人机系统，以无人机作为载体，自动化遥控无人机飞抵测点，自动降高至测深仪换能器没入水中10～20cm，通过无人机数据传输模块，将无人机位置及测深信息返回至地面站系统，全程自动化实施水下地形测量，且测量数据可无线实时回传至地面站，无需人工涉水测量，安全风险低，作业效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种内河复杂水域水下地形测量系统及方法
本专利技术涉及测绘科学与
，具体涉及一种内河复杂水域水下地形测量系统及方法。
技术介绍
抛石、渔网等障碍物密集区水下地形测量一直都是海洋测绘难点，传统的测量方法是采用小船搭载测深仪或采用人工手持GNSS-RTK涉水测量。由于测量区域存在障碍物，采用小船测量时存在磕碰、缠绕，人工走测存在跌倒、摔伤等安全风险，无论是小船测量或者人工走测的方式均存在作业风险高，效率低等缺点。因此，在现有的内河复杂水域水下地形测量领域尚缺乏一种高效、便捷、成本低的水下地形测量系统。为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种内河复杂水域水下地形测量系统及方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。一种内河复杂水域水下地形测量系统，包括：无人机系统、小型测深仪和地面站系统，所述小型测深仪与无人机系统下部连接，所述地面站系统与无人机系统连接；其中，所述无人机系统包括：无人机、高压电池模块、GNSS模块、自稳云台、飞控模块和数据传输模块，所述高压电池模块和飞控模块与无人机机腹内连接，所述GNSS模块和数据传输模块与无人机顶部连接，所述自稳云台与无人机底部连接。进一步，所述小型测深仪包括：换能器、测深杆和回声信号收发及处理模块，所述换能器与测深杆底部连接，所述回声信号收发及处理模块设于无人机的机腹内，所述回声信号收发及处理模块与飞控模块和数据传输模块连接，所述测深杆的材质为碳纤维。进一步，所述地面站系统包括：地面站硬件和地面站软件，所述地面站硬件与数据传输模块连接，所述地面站软件与地面站硬件连接。一种内河复杂水域水下地形测量方法，包括以下步骤：步骤1：根据测量技术要求，收集测区气象、水文及地形资料，现场评估飞行环境，确定飞行航高；步骤2：在测量工作开始前测定水面高程，确定测深高度，根据测图比例尺确定测线和测点间隔，并在地面站软件完成测线规划及测点设置；步骤3：测点设置动作为无人机沿航高飞行至测点上空悬停，随即降高，当降到测深高度时，启动小型测深仪进行水深测定，并同步记录当前无人机位置信息，利用无人机的数据传输模块将以上无人机位置及测深信息发回地面站系统；步骤4：当前测点测量结束后，升高至航高，重复步骤3，飞行至下一测点自动完成每个测点的水下地形测量；步骤5：地面站软件对测量数据进行存储，并进行水下地形成图；步骤6：数据采集结束后，进行无人机着落后检查，设备装箱。进一步，所述步骤3中的水下地形测定的方法为：通过GNSS模块测得无人机位置坐标(x，y，z)，通过换能器底部至水底高度测得水深为h0，通过GNSS模块相位中心距换能器底部固定长度为s，计算水底高程为h＝z-s-h0，计算得测点坐标为(x，y，h)。本专利技术的有益效果：本专利技术与传统技术相比，通过增设无人机系统，以无人机作为载体，自动化遥控无人机飞抵测点，自动降高至测深仪换能器没入水中10～20cm，通过无人机数据传输模块，将无人机位置及测深信息返回至地面站系统，全程自动化实施水下地形测量，且测深数据可无线实时回传至地面站，无需人工涉水测量，安全风险低，作业效率高。附图说明：图1为本专利技术的作业方式图。图2为本专利技术的结构示意图。图3为本专利技术的作业流程图。附图标记：无人机系统100、无人机110、高压电池模块120、GNSS模块130、自稳云台140、飞控模块150和数据传输模块160。小型测深仪200、换能器210、测深杆220和回声信号收发及处理模块230。地面站系统300、地面站硬件310和地面站软件320。具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本专利技术而非用于限定本专利技术的范围。实施例1图1为本专利技术的作业方式图。图2为本专利技术的结构示意图。图3为本专利技术的作业流程图。如图1-3所示，一种内河复杂水域水下地形测量系统，包括：无人机系统100、小型测深仪200和地面站系统300，小型测深仪200与无人机系统100下部连接，地面站系统300与无人机系统100连接；其中，无人机系统100包括：无人机110、高压电池模块120、GNSS模块130、自稳云台140、飞控模块150和数据传输模块160，高压电池模块120和飞控模块150与无人机110机腹内连接，GNSS模块130和数据传输模块160与无人机110顶部连接，自稳云台140与无人机110底部连接。小型测深仪200包括：换能器210、测深杆220和回声信号收发及处理模块230，换能器210与测深杆220底部连接，回声信号收发及处理模块230设于无人机110的机腹内，回声信号收发及处理模块230与飞控模块150和数据传输模块160连接，测深杆220的材质为碳纤维。地面站系统300包括：地面站硬件310和地面站软件320，地面站硬件310与数据传输模块160连接，地面站软件320与地面站硬件310连接。一种内河复杂水域水下地形测量方法，包括以下步骤：步骤1：根据测量技术要求，收集测区气象、水文及地形资料，现场评估飞行环境，确定飞行航高；步骤2：在测量工作开始前测定水面高程，确定测深高度，根据测图比例尺确定测线和测点间隔，并在地面站软件完成测线规划及测点设置；步骤3：测点设置动作为无人机沿航高飞行至测点上空悬停，随即降高，当降到测深高度时，启动小型测深仪进行水深测定，并同步记录当前无人机位置信息，利用无人机的数据传输模块将以上无人机位置及测深信息发回地面站系统；步骤4：当前测点测量结束后，升高至航高，重复步骤3，飞行至下一测点自动完成每个测点的水下地形测量；步骤5：地面站软件对测量数据进行存储，并进行水下地形成图；步骤6：数据采集结束后，进行无人机着落后检查，设备装箱。运用步骤3中的水下地形测定的方法为：通过GNSS模块130测得无人机位置坐标(x，y，z)，通过换能器210底部至水底高度测得水深为h0，通过GNSS模块130相位中心距换能器210底部固定长度为s，计算水底高程为h＝z-s-h0，计算得测点坐标为(x，y，h)。其具体原理为：(1)无人机GNSS模块通过接收基准站实时差分信号可实时提供精确的位置信息，假设t时刻下测得无人机GNSS模块的相位中心的三维空间坐标为(x，y，z)，已知无人机GNSS模块相位中心距换能器底部距离为一固定值为s，则归算至换能器底部三维的三维空间坐标为(x，y，z-s)；(2)该系统所搭载的测深仪采用回声测深原理，在测深工作前需测定待测水域声速，以声速在水中传播到水底，经反射或散射返回，被换能器接收，通过捕获声速传播时间测得水深数值，因此采用测深仪捕获t时刻下换能器底部距水底泥面的高度为h0；(3)通过换能器底部三维的三维空间坐标(x，y，z-s)，确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内河复杂水域水下地形测量系统，其特征在于，包括：无人机系统(100)、小型测深仪(200)和地面站系统(300)，所述小型测深仪(200)与无人机系统(100)下部连接，所述地面站系统(300)与无人机系统(100)连接；/n其中，所述无人机系统(100)包括：无人机(110)、高压电池模块(120)、GNSS模块(130)、自稳云台(140)、飞控模块(150)和数据传输模块(160)，所述高压电池模块(120)和飞控模块(150)与无人机(110)机腹内连接，所述GNSS模块(130)和数据传输模块(160)与无人机(110)顶部连接，所述自稳云台(140)与无人机(110)底部连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种内河复杂水域水下地形测量系统，其特征在于，包括：无人机系统(100)、小型测深仪(200)和地面站系统(300)，所述小型测深仪(200)与无人机系统(100)下部连接，所述地面站系统(300)与无人机系统(100)连接；
其中，所述无人机系统(100)包括：无人机(110)、高压电池模块(120)、GNSS模块(130)、自稳云台(140)、飞控模块(150)和数据传输模块(160)，所述高压电池模块(120)和飞控模块(150)与无人机(110)机腹内连接，所述GNSS模块(130)和数据传输模块(160)与无人机(110)顶部连接，所述自稳云台(140)与无人机(110)底部连接。


2.根据权利要求1所述的一种内河复杂水域水下地形测量系统，其特征在于：所述小型测深仪(200)包括：换能器(210)、测深杆(220)和回声信号收发及处理模块(230)，所述换能器(210)与测深杆(220)底部连接，所述回声信号收发及处理模块(230)设于无人机(110)的机腹内，所述回声信号收发及处理模块(230)与飞控模块(150)和数据传输模块(160)连接，所述测深杆(220)的材质为碳纤维。


3.根据权利要求1所述的一种内河复杂水域水下地形测量系统，其特征在于：所述地面站系统(300)包括：地面站硬件(310)和地面站软件(320)，所述地面站硬件(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊凯，颜惠庆，杨振林，王长永，胡小雷，于峰，陈尚登，闵建雄，
申请(专利权)人：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31