自組網海洋環境多參數測量方法技術

本發明專利技術提供一種自組網海洋環境多參數測量方法，通過多無人平臺搭載海洋環境測量傳感器，配合航行、測繪一體化系統實現組網測量。其中航行、測繪一體化系統運行于岸基或母船作業管理中心，控制協調多臺測量傳感器工作。測量傳感器包括多波束回聲測深儀、聲學多普勒流速剖面儀，提供海洋環境數據采集。無人平臺由測繪型艇體、自主避障單元和智能控制單元集成而成，作為測量傳感器組網測量的移動平臺。航行、測繪一體化系統由協同管理軟件模塊，測繪作業模塊以及多源多平臺測繪數據實時拼接模塊集成，實現組網作業操作和數據后處理。本發明專利技術實現的組網測量方法具備測量效率、平臺與傳感器兼容性和多儀器組網觀測與多源數據融合水平高的特點。

Multi parameter measurement of marine environment based on MANET

【技術實現步驟摘要】
自組網海洋環境多參數測量方法
本專利技術涉及海洋測繪
，更具體得說是一種自組網海洋環境多參數測量方法。
技術介紹
海洋測繪是一切海上活動的基礎和先導。國際國內在高度重視海洋安全和海洋經濟發展的同時，也更加關注海洋測繪的發展。為了全面履職，近幾年海測部門測繪業務工作量一直保持高位，應急測繪逐漸向近遠海海域發展，島礁區和復雜海區測繪任務增多，對海事測繪的裝備要求越來越高。由于作業區域海況條件比較惡劣，嚴重影響測量船的有效作業時間。為了解決傳統作業模式的弊端，提高測量作業效率，國內外多家研究機構相繼提出了多種解決方案，如多光譜遙感技術、微波遙感技術、機載激光技術對島礁周邊淺水區域進行水深測量，上述幾種方法不僅存在設備引進價格昂貴的問題，對普通作業單位而言并不具有可行性，而且多光譜遙感測深技術置信范圍受限，無法滿足海底地形測量的精度要求，而微波遙感測深技術必須要有較為理想的海流和風速支持，目前的技術尚未完全成熟。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種自組網海洋環境多參數測量方法，通過本系統，實現無人水面艇測量平臺以組網形式，同步執行海底地形地貌測繪、海流剖面測量和水面水下障礙物探測的工作，實現無人水面艇編隊分布完成多波束、聲學多普勒流速海流同步測量與實時拼接功能，測量數據本地存儲功能，母船/岸基遠程指揮無人水面艇自主測量作業等功能，提升現有測量效率，并可替代現有測量船進入危險海域、淺灘海域執行測量任務，從而解決常規測量船測量效率低、無法進入危險海域作業的問題。本專利技術采用以下的技術方案：自組網海洋環境多參數測量方法，主要包括多參數智能傳感器、無人平臺及航行、測繪一體化系統三部分，其中航行、測繪一體化系統運行于母船/岸基作業管理中心，控制協調多臺儀器工作。包括：步驟1：根據測量任務需要進行作業規劃，包括：設置坐標系統、加載電子海圖、配置母船作業設備、配置無人艇編隊、測線設計與調查分配。步驟2：通過船隊管理系統配置和下發無人艇作業參數，母船和無人艇開始調查作業。步驟3：通過建立的通信組網，母船與無人艇測繪采集數據實時傳回航行、測繪一體化系統的監控端，實現測繪結果拼接顯示。步驟4：由母船及無人艇記錄的數據，經過對多參數智能傳感器的測繪數據進行安裝偏差校準、數據編輯、濾波、補償修正，潮位及聲速剖面改正，形成最終數據展示與報告。本專利技術進一步設置為，航行、測繪一體化系統的總體框架由規劃層、控制層、數據層和顯示層四部分組成。本專利技術進一步設置為，航行、測繪一體化系統包括監控端和采集端，監控端通過與采集端進行通信連接，發送測線控制命令，并接收采集端的反饋信息及傳輸的采集數據信息，采集端同時與監控端和多參數智能傳感器建立通信，各傳感器發送至航行、測繪一體化系統監控端需要保存并實時顯示數據稱之為上行數據，監控端發送至各多參數智能傳感器的控制命令、設置參數數據為下行數據。本專利技術進一步設置為，母船與無人艇傳感器采集數據需經過數據內插，數據內插采用線性內插，將低頻率的數據按照高頻率的數據進行內插，在進行數據內插時，首先，導入慣導姿態數據，根據檢校參數得到各個時刻多波束回聲測深儀和海流剖面儀中心點的坐標及姿態；然后導入原始測深數據和海流剖面數據，對其進行解析，從而得到測點在傳感器坐標系下坐標以及GPS時；根據各點的時間對應查找此時刻傳感器的位置與姿態，以得到坐標轉換矩陣中的三個角度，以及三個平移參數。本專利技術進一步設置為，航行、測繪一體化系統需進行空間融合，定義五個坐標系，包括載體坐標系、多波束測深儀坐標系、聲學多普勒流速坐標系、站心坐標系和大地坐標系，多波束測深儀坐標系、聲學多普勒流速坐標系為傳感器坐標系，載體坐標系的坐標原點位于慣性測量單元的質心，站心坐標系原點位于全球導航衛星系統天線的相位中心，大地坐標系為地心固定坐標系。本專利技術進一步設置為，母船與無人艇數據組網時，各無人平臺獲得的測量數據，連同姿態位置信息一起打包上行發送至監控端。根據坐標轉換模型得到測點在大地坐標系下的坐標，通過傳感器坐標系到載體坐標系的轉換、載體坐標系到站心坐標系的轉換和站心坐標系到大地坐標系的轉換，將多參數智能傳感器的點位坐標歸算至大地坐標。本專利技術進一步設置為，母船與無人艇采集的數據經過后處理軟件進行點云數據預處理，包括點云濾波和點云抽稀，點云濾波包括回波信號去噪、距離去噪和時間去噪，點云抽稀是對密集的點云數據進行縮減，以獲得滿足點云數量要求。本專利技術進一步設置為，航行、測繪一體化系統的主界面設置有航行功能區和顯示區，航行功能區包括測線規劃模塊、海圖模塊，顯示區包括測量數據顯示模塊、航行狀態顯示模塊、測繪狀態顯示模塊。本專利技術具有的有益效果是：本專利技術提出的組網測量能夠大幅度提高測繪效率，測量效率成倍增加。本專利技術實現多參數測量，有效增加了測繪信息量。本專利技術提高了測繪智能程度，減少了數據后處理工作量，并降低了單臺分開測量導致的數據融合難度。附圖說明附圖1自組網海洋環境多參數測量方法組成圖。附圖2測量控制管理子系統中軟件的功能關系。附圖3自組網海洋環境多參數測量方法測繪數據流程圖。附圖4自組網海洋環境多參數測量方法導航及測繪采集處理流程。具體實施方式參照附圖1至4所示，自組網海洋環境多參數測量方法包括多參數智能傳感器、無人平臺和航行、測繪一體化系統，多參數智能傳感器包括多波束回聲測深儀(MBES，MultiBeamEchoSounder)和聲學多普勒流速剖面儀(ADCP，AcousticDopplerCurrentProfilers)，MBES用于海底地形地貌測量，ADCP用于海流剖面測量；無人平臺包括測繪型艇體、自主避障單元、智能控制單元、動力單元、能源單元、通信單元；航行、測繪一體化系統包括測線規劃、電子海圖、航行狀態顯示、測繪狀態顯示、測繪數據顯示模塊。具體實施包括如下步驟，如附圖2：步驟1：根據測量任務需要進行作業規劃，包括：設置坐標系統、加載電子海圖、配置母船作業設備、配置無人艇編隊、測線設計與調查分配。步驟2：通過船隊管理系統配置和下發無人艇作業參數，母船和無人艇開始調查作業。步驟3：通過建立的通信組網，母船與無人艇測繪采集數據實時傳回測繪一體化軟件監控端，實現測繪結果拼接顯示。步驟4：由母船及無人艇記錄的數據，經過測量儀器安裝偏差校準、數據編輯、濾波、補償修正，潮位及聲速剖面改正，形成最終數據展示與報告。航行、測繪一體化系統的總體框架由規劃層、控制層、數據層和顯示層四部分組成。航行、測繪一體化系統包括監控端和采集端，監控端通過與采集端進行通信連接，發送測線控制命令，并接收采集端的反饋信息及傳輸的采集數據信息，采集端同時與監控端和傳感器建立通信，各傳感器發送至航行、測繪一體化系統監控端需要保存并實時顯示數據稱之為上行數據，監控端發送至各傳感器的控制命令、設置參數數據為下行數據。母船與無人艇傳感器采集數據需經過數據本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種自組網海洋環境多參數測量方法，包括多參數智能傳感器、無人平臺和航行、測繪一體化系統；所述多參數智能傳感器包括多波束回聲測深儀和聲學多普勒流速剖面儀，其中，所述多波束回聲測深儀用于海底地形地貌測量，聲學多普勒流速剖面儀用于海流剖面測量；所述無人平臺包括測繪型艇體、自主避障單元、智能控制單元、動力單元、能源單元、通信單元；所述航行、測繪一體化系統包括測線規劃、電子海圖、航行狀態顯示、測繪狀態顯示、測繪數據顯示模塊；/n其特征在于，包括如下步驟：/n步驟1、根據測量任務需要進行作業規劃，包括：設置坐標系統、加載電子海圖、配置母船作業設備、配置無人艇編隊、測線設計與調查分配；/n步驟2、通過船隊管理系統配置和下發無人艇作業參數，母船和無人艇開始調查作業；/n步驟3、通過建立的通信組網，母船與無人艇測繪采集數據實時傳回所述航行、測繪一體化系統的監控端，實現測繪結果拼接顯示；/n步驟4、由母船及無人艇記錄的數據，經過對所述多參數智能傳感器的測繪數據進行安裝偏差校準、數據編輯、濾波、補償修正，潮位及聲速剖面改正，形成最終數據展示與報告。/n

【技術特征摘要】
1.一種自組網海洋環境多參數測量方法，包括多參數智能傳感器、無人平臺和航行、測繪一體化系統；所述多參數智能傳感器包括多波束回聲測深儀和聲學多普勒流速剖面儀，其中，所述多波束回聲測深儀用于海底地形地貌測量，聲學多普勒流速剖面儀用于海流剖面測量；所述無人平臺包括測繪型艇體、自主避障單元、智能控制單元、動力單元、能源單元、通信單元；所述航行、測繪一體化系統包括測線規劃、電子海圖、航行狀態顯示、測繪狀態顯示、測繪數據顯示模塊；
其特征在于，包括如下步驟：
步驟1、根據測量任務需要進行作業規劃，包括：設置坐標系統、加載電子海圖、配置母船作業設備、配置無人艇編隊、測線設計與調查分配；
步驟2、通過船隊管理系統配置和下發無人艇作業參數，母船和無人艇開始調查作業；
步驟3、通過建立的通信組網，母船與無人艇測繪采集數據實時傳回所述航行、測繪一體化系統的監控端，實現測繪結果拼接顯示；
步驟4、由母船及無人艇記錄的數據，經過對所述多參數智能傳感器的測繪數據進行安裝偏差校準、數據編輯、濾波、補償修正，潮位及聲速剖面改正，形成最終數據展示與報告。


2.根據權利要求1所述的自組網海洋環境多參數測量方法，其特征在于，所述航行、測繪一體化系統的總體框架由規劃層、控制層、數據層和顯示層四部分組成。


3.根據權利要求1所述的自組網海洋環境多參數測量方法，其特征在于，所述航行、測繪一體化系統包括監控端和采集端，所述監控端通過與所述采集端進行通信連接，發送測線控制命令，并接收所述采集端的反饋信息及傳輸的采集數據信息，所述采集端同時與所述監控端和所述多參數智能傳感器建立通信，各傳感器發送至所述航行、測繪一體化系統的監控端需要保存并實時顯示數據稱之為上行數據，所述監控端發送至所述多參數智能傳感器的控制命令、設置參數數據為下行數據。


4.根據權利要求1所述的自組網海洋環境多參數測量方法，其特征在于，母船與無人艇傳感器采集數據需經過數據內插，數據內插采用...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐明，洪在地，
申請(專利權)人：北京方位智能系統技術有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11