一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置制造方法
【專利摘要】一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置，它包括主體、平衡翼、激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、GPS基準站、標尺、舵、計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元、LCD顯示屏和電池；平衡翼、激光測距儀的發(fā)射器與接收器和傳感器的探頭位于主體兩側，LCD顯示屏安裝于主體上部，舵位于主體尾部，激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器、數(shù)據(jù)存儲單元、電池與計算機芯片密封于主體的工作艙中，GPS流動站安裝在主體的工作艙內，GPS流動站天線位于主體上部，用防水材料包裹；GPS基準站放置于岸上空地，超聲波測深儀的換能器安裝在主體外部底面，標尺在GPS流動站天線外部；本發(fā)明在水下地形測量設備【技術領域】里有廣闊的應用前景。
【專利說明】—種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置。本裝置采用半潛式設計，在激流中漂流前進過程中，使用DGPS (Difference Global PositioningSystem)系統(tǒng)和超聲波測深系統(tǒng)來探測河流的水下地形，同時利用傳感器檢測河流的常規(guī)水質指標。屬于水下地形測量設備【技術領域】。
【背景技術】
[0002]為了指導水利工程建設、河流湖泊資源開發(fā)、防洪減災等，在各種水工程實施之前，水下地形測量、水下地形圖的繪制是必須的準備工作。目前，關于水下地形測量的方法已經有了很多，大體原理是利用定位系統(tǒng)獲取空間坐標數(shù)據(jù)，利用測深儀獲取水下每點的高程數(shù)據(jù)，將二者結合即可完成水下地形的測量。利用此原理，結合不同類型的定位系統(tǒng)和測深儀器的各種水下地形測量裝置也一一出現(xiàn)。囿于設計思路和儀器限制，現(xiàn)階段的水下地形測量裝置大部分都只能在水流平緩、水面平靜的河流、湖泊或者水庫應用，但是，一些特殊的水利工程建設、資源開發(fā)、防洪減災等任務需要在水流湍急的河段展開，這就需要一種新型的適用于激流環(huán)境下的水下地形測量裝置。
【發(fā)明內容】
[0003]1、目的:本發(fā)明的目的在于提供一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置，它是一種自主航行的、能在激流環(huán)境下測量水下地形并兼具水質檢測功能的自動裝置，以填補在激流環(huán)境下水下地形測量方面的空白，為河流、湖泊激流環(huán)境下水利工程建設、河流資源開發(fā)、防洪減災等活動提供必要的前期基礎資料。隨著測繪技術的高速發(fā)展，利用3S技術和水體測深技術來測量水下地形的技術已經十分成熟。目前，大部分的水下地形測量依靠艦船測量，將測量裝備安裝在艦船上，人工操縱艦船航行同時探測水下地形；能夠脫離人工操縱，實現(xiàn)自主水下地形測量的裝置比較少，能在激流環(huán)境下測量水下地形的裝置則還沒有開發(fā)出來。出于節(jié)約資源的考慮和特殊環(huán)境下水工程建設的需要，水下地形測繪對能夠自主航行的、在激流環(huán)境下工作的水下地形測量裝置需求越來越迫切。
[0004]2、技術方案:本發(fā)明一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置，它包括主體、平衡翼、激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、GPS基準站、標尺、舵、計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元、LCD顯示屏和電池。它們之間的位置連接關系是:平衡翼、激光測距儀的發(fā)射器與接收器和傳感器的探頭位于主體兩側，LCD顯示屏安裝于主體上部，用來顯示激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器和GPS流動站的數(shù)據(jù)信息；舵位于主體尾部，計算機芯片確定該裝置位置后，將信息轉化為電信號，控制位于主體尾部的舵運動，從而改變裝置航線；激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器、數(shù)據(jù)存儲單元、電池與計算機芯片密封于主體的工作艙中，GPS流動站安裝在主體的工作艙內，GPS流動站天線位于主體上部，用防水材料包裹；GPS基準站放置于岸上空地，防止信號和通訊受到干擾；超聲波測深儀的換能器安裝在主體外部底面，向水底發(fā)射超聲波；標尺在GPS流動站天線外部，標尺上刻度代表的意義是從換能器底部到水面的距離。
[0005]所述主體的制作材料是聚氯乙烯(PVC)，形狀為梭形，縱向剖面為倒三角形，寬部朝上，尖部朝下。主體內部分為兩部分:下部是工作艙，采用靜態(tài)密封，用來安置各種儀器設備、數(shù)據(jù)存儲單元、計算機芯片等模塊；上部是浮力艙，內部有充氣氣囊，氣囊體積大小可以通過充氣閥調節(jié)，這樣控制浮力艙內氣囊的體積大小就可以控制整個裝置的重心位置，以控制裝置在水中的位置。
[0006]所述平衡翼的制作材料是聚氯乙烯(PVC)，形狀是弧形。平衡翼焊接在主體靠近前進方向的前端，方向垂直于水平面，有預定的弧度，可以用來保持該裝置在水中的運動方向同時提供裝置前進的動力。
[0007]所述激光測距儀采用改進的手持激光測距儀。將手持激光測距儀的外殼去掉，分離出儀器主要部分、激光發(fā)射器與接收器、主板、LCD顯示、電源。將儀器上述部分固定于裝置主體中，靜態(tài)密封；激光測距儀的激光發(fā)射器與接收器透過主體兩側的小孔穿出，激光發(fā)射器不斷向兩側發(fā)射激光，激光照射到河岸后反射，接收器接收反射的激光，小孔位于主體兩側中部，孔隙處用橡膠密封，防止?jié)B水；其主板與裝置的計算機芯片連接，實現(xiàn)裝置位置的確定和控制；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接。
[0008]所述傳感器是多參數(shù)型水質傳感器，從水淺5cm到水深60m，可以現(xiàn)場即刻讀出多項水質參數(shù)，包括電導率、濁度、PH、溶解氧和溫度。傳感器主體部分密封于主體工作艙內，傳感器探頭透過主體兩側的小孔穿出，小孔位于主體兩側后部，孔隙處用橡膠密封，防止?jié)B水。傳感器通過I/O接口與裝置計算機芯片和數(shù)據(jù)存儲單元連接，可以實現(xiàn)水質的自動分析與記錄；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接。
[0009]所述超聲波測深儀是普通超聲波測深儀的改進,測量范圍是0.5m到100m。將超聲波測深儀外殼去掉，主體部分密封于主體工作艙內，通過I/O接口將其與計算機芯片和數(shù)據(jù)存儲單元連接，實現(xiàn)儀器的自動控制和數(shù)據(jù)存儲。超聲波測深儀換能器安裝在主體外部底面，向水底發(fā)射超聲波，并接收反射回來的超聲波來確定水底高程。超聲波測深儀采用多波束測深技術，該技術屬于面測量，可以掃描水下一個面區(qū)域，通過改變波束開角來改變對水下的掃描區(qū)域范圍，大大節(jié)約了測量時間，減少了工作量；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒LCD顯示屏連接。
[0010]所述GPS流動站是GPS接收機，即可以作為流動站使用，又可以作為基站使用。GPS流動站主體部分安裝在主體工作艙內，天線位于主體上部,用防水材料包裹；去除自帶的電源和IXD顯示屏，將儀器電源和IXD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接。
[0011]所述GPS基準站是與GPS流動站相同的GPS接收機，放置于岸上沒有成片障礙物的空地，用三腳架撐起，防止信號和通訊受到干擾。通過GPS流動站與GPS基準站配合，使用GPS-RTK技術，就能精確測量該裝置的平面坐標。
[0012]所述標尺的精度為1mm，量程為200mm，刻在GPS天線包裹材料外部。標尺上刻度代表的意義是從超聲波測深儀換能器底部到水面的距離。這樣每次測深儀測量的高程加上標尺上與水面齊平的刻度，即可得到校正后的水面高程。
[0013]所述的舵是流線型舵，它位于該裝置主體尾部，計算機芯片確定該裝置位置后，將信息轉化為電信號，控制位于主體尾部的舵運動，從而改變該裝置航線。
[0014]所述計算機芯片采用平板電腦芯片，平板電腦芯片的計算能力足以滿足本裝置的工作要求。計算機芯片用來接收激光測距儀的信號，計算裝置在水體中的位置，控制舵的運動來改變裝置位置；控制傳感器、超聲波測深儀和GPS流動站的工作；控制IXD顯示屏顯示數(shù)據(jù)。
[0015]所述數(shù)據(jù)存儲單元采用Flash存儲芯片。該數(shù)據(jù)存儲單元用來存儲裝置每個時間點的空間坐標數(shù)據(jù)、測量水深數(shù)據(jù)以及常規(guī)水質指標數(shù)據(jù)，待測量完畢后可以通過RS232接口導出到電腦中進行數(shù)據(jù)處理分析。計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元和I/O接口集成于一片單片機上，單片機靜態(tài)密封于裝置工作艙內。
[0016]所述IXD顯示屏是字符點陣液晶顯示屏，其上顯示的數(shù)據(jù)由裝置計算機芯片控制；它安裝于主體上部，用來顯示激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器和GPS流動站的數(shù)據(jù)信息。
[0017]所述電池是大容量可充電鋰電池組；該電池用來維持激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、舵、計算機芯片以及數(shù)據(jù)存儲單元的正常工作。
[0018]工作時，首先調節(jié)浮力艙體積的大小，使裝置主體沒于水面之下，只留GPS天線和標尺位于水面之上，以使激光測距工作在水面之下進行，來規(guī)避激流環(huán)境下水體表面湍流對測距工作的影響。裝置航行的位置處于河道中心線上，這樣通過超聲波測深儀和GPS定位系統(tǒng)，就可以測量河道中心線向左右延伸一定范圍內的水下地形；方向的保持是通過兩側的平衡翼來實現(xiàn)的，方向的控制是通過激光測距儀、計算機芯片和舵來實現(xiàn)的。
[0019]側面兩個平衡翼受到水流沖擊力，并將水流沖擊力轉化為動力而使整個裝置向前運動；并且由于左右的平衡翼面積大小相同，左右受到的力相同，有助于使裝置保持前進方向平行于河岸而不易傾斜。
[0020]側面的激光測距裝置與計算機芯片配合，用來確定裝置在水體中的位置。主體側面的激光發(fā)射器向河兩岸發(fā)射激光，激光照射到河岸后反射回來，接收器接收河岸反射回來的激光，并將距離數(shù)據(jù)傳輸給計算機芯片，計算機芯片通過計算，確定裝置在水中的位置，同時計算機芯片計算裝置距離河道中心線的距離，并將距離信息轉化為電信號，控制主體尾部的舵改變航行方向，使裝置向河道中心線靠攏，并確保裝置一直在河道中心線附近航行。這就實現(xiàn)了裝置的自主航行。
[0021]測量時，中線及其附近的空間坐標信息可以由GPS定位系統(tǒng)獲得，中線及其附近一定區(qū)域的水深信息可由超聲波測深儀獲得，PH、濁度、溫度等常規(guī)水質指標數(shù)據(jù)可以由側面的傳感器探頭獲得，以上數(shù)據(jù)實時存入裝置的數(shù)據(jù)存儲單元，待測量完畢后可由電腦導出，進行水下地形圖的繪制和水質分析。
[0022]3、優(yōu)點及功效:本發(fā)明是一種自主航行的、能在激流環(huán)境下測量水下地形并兼具水質檢測功能的自動裝置，它構思巧妙，結構簡單，體積小，重量輕，成本低，為河流、湖泊激流環(huán)境下的水利工程建設、河流資源開發(fā)、防洪減災等活動提供必要的前期基礎資料。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明裝置側視圖；
[0024]圖2為本發(fā)明裝置俯視圖；[0025]圖3為本發(fā)明裝置后視圖。
[0026]圖中符號說明如下:
[0027]①主體②平衡翼③激光測距儀發(fā)射器④激光測距儀接收器
[0028]⑤舵⑥超聲波測深儀換能器⑦GPS流動站天線⑧水質指標傳感器探頭
[0029]⑨IXD顯示屏⑩標尺@主體浮力艙?主體工作艙【具體實施方式】
[0030]見圖1、圖2、圖3，本發(fā)明一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置，它包括主體①、平衡翼②、激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、GPS基準站、標尺⑩、舵⑤、計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元、LCD顯示屏⑨和電池。它們之間的位置連接關系是:平衡翼②、激光測距儀發(fā)射器③與激光測距儀接收器④和水質指標傳感器探頭⑧位于主體①兩側，IXD顯示屏⑨安裝于主體①上部，用來顯示激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器和GPS流動站的數(shù)據(jù)信息；舵⑤位于主體①尾部，計算機芯片確定裝置位置后，將信息轉化為電信號，控制位于主體①尾部的舵運動，從而改變裝置航線；激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器、數(shù)據(jù)存儲單元、電池與計算機芯片密封于主體工作艙@中，GPS流動站安裝在主體工
作艙?內，GPS流動站天線⑦位于主體①上部，用防水材料包裹；GPS基準站放置于岸上空
地，防止信號和通訊受到干擾；超聲波測深儀換能器⑥安裝在主體①外部底面，向水底發(fā)射超聲波；標尺⑩在GPS流動站天線⑦外部，標尺⑩上刻度代表的意義是從超聲波測深儀換能器⑥底部到水面的距離。
[0031]所述主體①的制作材料是聚氯乙烯(PVC)，形狀為梭形，縱向剖面為倒三角形，寬部朝上，尖部朝下。主體①內部分為兩部分，下部是主體工作艙?，采用靜態(tài)密封，用來安
置各種儀器設備、數(shù)據(jù)存儲單元和位置計算模塊；上部是主體浮力艙O，內部有充氣氣囊，
氣囊體積大小可以通過充氣閥調節(jié)，這樣控制浮力艙內氣囊的體積大小就可以控制整個裝置的重心位置，以控制裝置在水中的位置。
[0032]所述平衡翼②的制作材料是聚氯乙烯(PVC)，形狀是弧形。平衡翼②焊接在主體①靠近前進方向的前端，方向垂直于水平面，有預定的弧度，可以用來保持該裝置在水中的運動方向同時提供裝置前進的動力。
[0033]所述激光測距儀采用手持激光測距儀的改進。將手持激光測距儀的外殼去掉，分離出儀器主要部分、激光發(fā)射器與接收器、主板、LCD顯示、電源。將儀器主要部分固定于裝置主體①中，靜態(tài)密封；激光測距儀發(fā)射器③與激光測距儀接收器④透過主體①兩側的小孔穿出，激光發(fā)射器不斷向兩側發(fā)射激光，激光照射到河岸后反射，接收器接收反射的激光，小孔位于主體①兩側中部，孔隙處用橡膠密封，防止?jié)B水；主板與裝置的計算機芯片連接，實現(xiàn)裝置位置的確定和控制；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒LCD顯示屏連接。
[0034]所述傳感器是多參數(shù)型水質傳感器，從水淺5cm到水深60m，可以現(xiàn)場即刻讀出多項水質參數(shù)，包括電導率、濁度、PH、溶解氧和溫度。傳感器主體部分密封于主體工作艙?內，傳感器探頭⑧透過主體兩側的小孔穿出，小孔位于主體兩側后部，孔隙處用橡膠密封，防止?jié)B水。傳感器通過I/o接口與裝置計算機芯片和數(shù)據(jù)存儲芯片連接，可以實現(xiàn)水質的自動分析與記錄；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接。
[0035]所述超聲波測深儀是普通超聲波測深儀的改進，測量范圍是0.5m到100m。將超聲
波測深儀外殼去掉，主體部分密封于主體工作艙?內，通過I/o接口將其與計算機芯片和
數(shù)據(jù)存儲單元連接，實現(xiàn)儀器的自動控制和數(shù)據(jù)存儲。超聲波測深儀換能器⑥安裝在主體外部底面，向水底發(fā)射超聲波，并接收反射回來的超聲波來確定水底高程。超聲波測深儀采用多波束測深技術，該技術屬于面測量，可以掃描水下一個面區(qū)域，通過改變波束開角來改變對水下的掃描區(qū)域范圍，大大節(jié)約了測量時間，減少了工作量；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒LCD顯示屏⑨連接。
[0036]所述GPS流動站是GPS接收機，即可以作為流動站使用，又可以作為基站使用。GPS
流動站主要部分安裝在主體工作艙?內，GPS流動站天線⑦位于主體①上部，用防水材料包裹；去除自帶的電源和IXD顯示屏，將儀器電源和IXD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接。
[0037]所述GPS基準站是與GPS流動站相同的GPS接收機，放置于岸上沒有成片障礙物的空地，用三腳架撐起，防止信號和通訊受到干擾。通過GPS流動站與GPS基準站配合，使用GPS-RTK技術，就能精確測量該裝置的平面坐標。
[0038]所述標尺⑩的精度為1mm，量程為200mm，刻在GPS流動站天線⑦包裹材料外部。標尺⑩上刻度代表的意義是從超聲波測深儀換能器⑥底部到水面的距離。這樣每次測深儀測量的高程加上標尺上與水面齊平的刻度，即可得到校正后的水面高程。
[0039]所述的舵⑤是流線型舵，它位于裝置主體①尾部，計算機芯片確定裝置位置后，將信息轉化為電信號，控制位于主體①尾部的舵運動，從而改變裝置航線。
[0040]所述計算機芯片采用平板電腦芯片，平板電腦芯片的計算能力足以滿足本裝置的工作要求。計算機芯片用來接收激光測距儀的信號，計算裝置在水中的位置，控制舵的運動來改變裝置位置；控制傳感器、超聲波測深儀和GPS流動站的工作；控制IXD顯示屏⑨顯示數(shù)據(jù)。
[0041]所述數(shù)據(jù)存儲單元采用Flash存儲芯片。該數(shù)據(jù)存儲單元用來存儲裝置每個時間點的空間坐標數(shù)據(jù)、測量水深數(shù)據(jù)以及常規(guī)水質指標數(shù)據(jù)，待測量完畢后可以通過RS232接口導出到電腦中進行數(shù)據(jù)處理分析。
[0042]計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元和I/O接口集成于一片單片機上，單片機靜態(tài)密封于裝置主體工作艙?內。
[0043]所述IXD顯示屏⑨是字符點陣液晶顯示屏，其上顯示的數(shù)據(jù)由裝置計算機芯片控制；它安裝于主體①上部，用來顯示激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器和GPS流動站的數(shù)據(jù)信息。
[0044]所述電池是大容量可充電鋰電池組；該電池用來維持激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、舵、計算機芯片以及數(shù)據(jù)存儲芯片的正常工作。
[0045]系統(tǒng)啟動
[0046]對電池的電力進行檢查，如果電力不足以保證一次測量任務的完成，則充電。之后，打開裝置電源，確保GPS流動站、激光測距儀、超聲波測深儀、計算機芯片等各部分的指示燈顯示正常。將GPS基準站放置于空曠、無成片障礙物的岸上空地，打開GPS地面基準站，確保GPS基準站可以正常工作。
[0047]將裝置放入水流較平緩的區(qū)域中，通過充氣閥調節(jié)浮力艙內氣囊體積大小來調整裝置在水中的位置。若裝置主體①在水面之上，則放氣；若裝置標尺⑩及GPS流動站天線⑦不能露出水面，則充氣。調整后，使裝置處于主體①沒入水面以下，只留GPS流動站天線⑦及標尺⑩于水面上的工作狀態(tài)。
[0048]校準
[0049]GPS定位系統(tǒng)的校準:將裝置移動到空間坐標信息已知的點位上，GPS基準站接收衛(wèi)星信號，確定自身位置信息，并將自身的觀測值與觀測坐標一起發(fā)送給GPS流動站；GPS流動站接收來自GPS基準站的數(shù)據(jù)，并進行差分計算，給出定位信息，該點的平面坐標顯示在IXD顯示屏⑨上。記錄下GPS流動站給出的該點的空間坐標,并與該點已知空間坐標進行比較，校準定位系統(tǒng)至誤差允許的范圍內。
[0050]超聲波測深儀的校準:將裝置移動到水深已知的區(qū)域上，調整超聲波測深儀換能器⑥波束開角的角度，超聲波測深儀向水底發(fā)射超聲波波束，之后接收水底反射回的超聲波波束，通過超聲波在水中傳播的速度和發(fā)射與接收超聲波波束的時間間隔來計算該區(qū)域的水深，水深顯示在IXD顯示屏⑨上。記錄下該區(qū)域的水深信息，并與該區(qū)域已知水深進行比較，校準定位系統(tǒng)至誤差允許的范圍內。
[0051]激光測距儀的校準:將裝置移動到距河岸距離已知的點位上，激光測距儀向河岸發(fā)射激光，激光照射到河岸后反射回來，激光測距儀接收器④接收河岸反射回來的激光，通過激光在水中傳播的速度和發(fā)射與接收激光光束的時間間隔來計算該點距離河岸的距離，該距離顯示在IXD顯示屏⑨上。記錄下該點距河岸的距離，并與該點已知距河岸距離進行比較，校準定位系統(tǒng)至誤差允許的范圍內。
[0052]測量
[0053]將裝置放入水中，裝置自動向河道中線靠攏，待裝置到達河道中線后，開始測量工作。測量過程中，實際水深是測量水深加上標尺水深之和。待裝置沿河道中心線走完要測路程后，用網(wǎng)回收裝置，將數(shù)據(jù)存儲單元內的數(shù)據(jù)輸出到電腦中，利用專業(yè)軟件進行水下地形圖的繪制和水質分析。
【權利要求】
1.一種適用于激流環(huán)境下的水下地形自動探測裝置，其特征在于:它包括主體、平衡翼、激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、GPS基準站、標尺、舵、計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元、IXD顯示屏和電池；平衡翼、激光測距儀的發(fā)射器與接收器和傳感器的探頭位于主體兩側，IXD顯示屏安裝于主體上部，用來顯示激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器和GPS流動站的數(shù)據(jù)信息；舵位于主體尾部，計算機芯片確定該裝置位置后，將信息轉化為電信號，控制位于主體尾部的舵運動，從而改變裝置航線；激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器、數(shù)據(jù)存儲單元、電池與計算機芯片密封于主體的工作艙中，GPS流動站安裝在主體的工作艙內，GPS流動站天線位于主體上部，用防水材料包裹；GPS基準站放置于岸上空地，防止信號和通訊受到干擾；超聲波測深儀的換能器安裝在主體外部底面，向水底發(fā)射超聲波；標尺在GPS流動站天線外部，標尺上刻度代表的意義是從換能器底部到水面的距離； 所述主體的制作材料是聚氯乙烯，形狀為梭形，縱向剖面為倒三角形，寬部朝上，尖部朝下；主體內部分為兩部分:下部是工作艙，采用靜態(tài)密封，用來安置各種儀器設備、數(shù)據(jù)存儲單元、計算機芯片；上部是浮力艙，內部有充氣氣囊，氣囊體積大小通過充氣閥調節(jié)，這樣控制浮力艙內氣囊的體積大小就控制整個裝置的重心位置，以控制裝置在水中的位置；所述平衡翼的制作材料是聚氯乙烯，形狀是弧形；平衡翼焊接在主體靠近前進方向的前端，方向垂直于水平面，有預定的弧度，用來保持該裝置在水中的運動方向同時提供裝置前進的動力； 所述激光測距儀采用改進的手持激光測距儀，將手持激光測距儀的外殼去掉，分離出儀器主要部分、激光發(fā)射器與接收器、主板、IXD顯示、電源；將儀器上述部分固定于裝置主體中，靜態(tài)密封；激光測距儀的激光發(fā)射器與接收器透過主體兩側的小孔穿出，激光發(fā)射器不斷向兩側發(fā)射激光，激光照射到河岸后反射，接收器接收反射的激光，小孔位于主體兩側中部，孔隙處用橡膠密封，防止?jié)B水；其主板與裝置的計算機芯片連接，實現(xiàn)裝置位置的確定和控制；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接； 所述傳感器是多參數(shù)型水質傳感器，從水淺5cm到水深60m，現(xiàn)場即刻讀出多項水質參數(shù)，包括電導率、濁度、PH、溶解`氧`和溫度；傳感器主體部分密封于主體工作艙內，傳感器探頭透過主體兩側的小孔穿出，小孔位于主體兩側后部，孔隙處用橡膠密封，防止?jié)B水；傳感器通過I/O接口與裝置計算機芯片和數(shù)據(jù)存儲單元連接，實現(xiàn)水質的自動分析與記錄；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和LCD顯示屏線路與裝置的電源盒LCD顯示屏連接; 所述超聲波測深儀是普通超聲波測深儀的改進，測量范圍是0.5m到100m，將超聲波測深儀外殼去掉,主體部分密封于主體工作艙內，通過I/O接口將其與計算機芯片和數(shù)據(jù)存儲單元連接，實現(xiàn)儀器的自動控制和數(shù)據(jù)存儲；超聲波測深儀換能器安裝在主體外部底面，向水底發(fā)射超聲波，并接收反射回來的超聲波來確定水底高程；超聲波測深儀采用多波束測深技術，該技術屬于面測量，能掃描水下一個面區(qū)域，通過改變波束開角來改變對水下的掃描區(qū)域范圍，節(jié)約了測量時間，減少了工作量；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和IXD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接； 所述GPS流動站是GPS接收機，即作為流動站使用，又能作為基站使用；GPS流動站主體部分安裝在主體工作艙內，天線位于主體上部，用防水材料包裹；去除自帶的電源和LCD顯示屏，將儀器電源和IXD顯示屏線路與裝置的電源盒IXD顯示屏連接； 所述GPS基準站是與GPS流動站相同的GPS接收機，放置于岸上沒有成片障礙物的空地，用三腳架撐起，防止信號和通訊受到干擾；通過GPS流動站與GPS基準站配合，使用GPS-RTK技術，就能精確測量該裝置的平面坐標； 所述標尺的精度為1mm，量程為200mm，刻在GPS天線包裹材料外部；標尺上刻度代表的意義是從超聲波測深儀換能器底部到水面的距離，這樣每次測深儀測量的高程加上標尺上與水面齊平的刻度，即得到校正后的水面高程； 所述的舵是流線型舵，它位于該裝置主體尾部，計算機芯片確定該裝置位置后，將信息轉化為電信號，控制位于主體尾部的舵運動，從而改變該裝置航線； 所述計算機芯片采用平板電腦芯片，該計算機芯片用來接收激光測距儀的信號，計算裝置在水體中的位置，控制舵的運動來改變裝置位置；控制傳感器、超聲波測深儀和GPS流動站的工作；控制IXD顯示屏顯示數(shù)據(jù)； 所述數(shù)據(jù)存儲單 元采用Flash存儲芯片，該數(shù)據(jù)存儲單元用來存儲裝置每個時間點的空間坐標數(shù)據(jù)、測量水深數(shù)據(jù)以及常規(guī)水質指標數(shù)據(jù)，待測量完畢后通過RS232接口導出到電腦中進行數(shù)據(jù)處理分析，計算機芯片、數(shù)據(jù)存儲單元和I/O接口集成于一片單片機上，單片機靜態(tài)密封于裝置工作艙內； 所述LCD顯示屏是字符點陣液晶顯示屏，其上顯示的數(shù)據(jù)由裝置計算機芯片控制；它安裝于主體上部，用來顯示激光測距儀、超聲波測深儀、傳感器和GPS流動站的數(shù)據(jù)信息；所述電池是大容量可充電鋰電池組；該電池用來維持激光測距儀、傳感器、超聲波測深儀、GPS流動站、舵、計算機芯片以及數(shù)據(jù)存儲單元的正常工作。
【文檔編號】G01D21/02GK103438862SQ201310350136
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權日:2013年8月13日
【發(fā)明者】顧洪賓, 韓升, 王建偉, 歐陽威, 蔣波, 劉冰 申請人:北京師范大學