[实用新型]GPS无验潮水深测量测杆竖直实时控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种海上水深测量保持测杆竖直的控制装置，特别是涉及一种GPS无验潮水深测量测杆竖直实时控制装置。

背景技术

随着国家对港口等基础建设的大力投资，港口、航道、水库、围海造陆、通航枢纽等项目大批量开工建设，科学、精密的设计规划理念对水深测量精度提出了更高的要求。精确的水深数据将为设计、疏浚施工过程提供强有力的数据支持。

近年来，RTK定位技术使之高精度三维定位得以实时实现。GPS无验潮水深测量就是将GPS-RTK得到的实时三维坐标，与同步测深数据进行解算，实时得到精确的海底地形高程数据和平面坐标，改变了二维平面定位加验潮测深的传统测量模式，开辟了海洋测绘技术的新方法。其原理是：利用GPS-RTK测量技术而获得的平面坐标用于导航定位，高程用于测深改正，即将测得的天线高度减去天线至水面高度以及测得的瞬时水深值，得到该点海底地形高程，理论上可以达到厘米级测深精度。不须专门设立验潮站测定潮位，免除了传统意义的验潮作业。

但是GPS-RTK无验潮水深测量系统工作的载体是测深船舶，在测量过程中，由于船舶纵摇、横摇、升沉等姿态的变化，必然会引起船上的GPS天线和换能器产生相应的变化，引起平面定位和测深误差。这在高海情下无验潮水深测量中为减小船舶倾摇带来的测深误差尤其需要订正。

船舶横向摇摆造成换能器姿态的变化,使发射波束相对船舶向左或向右方向发射，偏离垂直方向从而引起误差，设α为测船横摇角；船舶纵向摇摆造成换能器姿态的变化,使发射波束相对船舶向前方或向后方斜射,偏离垂直方向从而引起误差，设β为测船纵摇角。对海底是平坦的地形,船舶横向与纵向一般同时发生,两者综合对测深有下列关系：

d=Sm*cosα*cosβ            （1-1）

式中，Sm为实测水深值，d为真实深度。

传统的改正方法是配置姿态传感器又称涌浪滤波器，它是为测深船体或水中拖体的动态变化而设计。目前世界上姿态传感器的主要型号有英国TSS公司生产的DMS2-05系列产品和挪威公司生产的MRU等系列产品。高精度姿态传感器能够同时测量出载体的垂荡、横摇和纵摇幅度，将倾斜角度实时测量值传入计算机利用公式1-1，通过软件计算对其垂直改正。

这种方法在地势平坦的海底改正效果还是明显的，但是在挖泥区、泊位港区和深水航道测量中，由于地形变化剧烈，用此计算办法改正，精度就没有保证，甚至出现错误水深。且高精度姿态传感器主要依靠进口，价格较高，常规水深测量上应用有局限性。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种GPS无验潮水深测量测杆竖直实时控制装置，该装置能够实现测深船随浪流摇摆，而船侧测杆始终保持竖直状态，从而是GPS定位块和声纳发射器保持在同一垂线上，可充分发挥GPS-RTK高精度三维定位的优势，避免计算倾斜改正，真实反映海底地形，提高测深精度。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种GPS无验潮水深测量测杆竖直实时控制装置，该控制装置包括：

1）固接在测深船一侧的固定架；

2）固接在所述固定架外侧的挠流罩；

3）设置在所述挠流罩内的摇臂，所述摇臂的上端固接有上夹板，下端固接有下夹板，所述摇臂的上端连接有横向电动缸和纵向电动缸，所述横向电动缸和所述纵向电动缸成直角布置，它们的一端各通过一球铰与所述摇臂的上端连接，它们的另一端各通过一球铰与所述固定架连接；

所述摇臂的下端部通过虎克铰链与支板连接，所述支板固接在所述挠流罩的内下部；

4）穿装在所述摇臂内的测杆，所述测杆被所述上夹板和所述下夹板夹持，上端安装有GPS定位块，下端安装有声纳发射器；

5）安装在测深船上的姿态方位传感器；

6）安装在测深船上的微型控制计算机；所述微型控制计算机采集来自所述姿态方位传感器的横摇信号和纵摇信号，并生成横向移动控制信号和纵向移动控制信号，传输给所述横向电动缸和所述纵向电动缸，所述横向电动缸和所述纵向电动缸通过伸缩将所述测杆牵引到竖直位置。

所述横向电动缸和所述纵向电动缸上分别安装有位移传感器，所述微型控制计算机还采集来自所述位移传感器的测杆位移反馈信号，并结合采自所述双轴倾角传感器的横摇信号和纵摇信号对所述横向电动缸和所述纵向电动缸进行闭环控制。

所述微型控制计算机为工控机。

所述姿态方位传感器为双轴倾角传感器。

所述位移传感器为直线位移传感器。