[发明专利]一种适用岛礁与岸滩的测量系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋调查与海洋测绘技术领域，具体是指一种适用岛礁与岸滩的测量系统与方法。

背景技术

现代海洋调查与海洋测绘的探测范围涵盖了地球上的水域和相邻陆地部分，准确的岛礁与岸滩空间信息是确定我国领海、专属经济区的重要依据，同时也对海洋军事、海洋开发、海洋科学研究具有重要的意义。岛礁与岸滩测量劳动强度高且有些区域难以登陆，导致测量工作难以实施。如何快速、准确获取水岸线地形一直是国内外测绘领域的一个难点问题，是目前亟需解决的问题。

当前对于岛礁与岸滩测绘常需获取水上水下三维一体化空间信息成果。常规测量手段多采取陆上、水下分开作业的方式，即陆地部分采用人工跑滩、航空摄影以及卫星遥感等手段，水下部分多使用单波束、多波束、侧扫声呐等回声测深技术。这种方式不但工作效率低、风险成本高，而且数据成果单一、存在基准较难统一等缺点，难以满足当前对于岛礁与岸滩的测绘需求。且目前已有的船载一体化测量装置并未真正实现陆海三维测量。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种适用岛礁与岸滩的测量系统与方法。改进了传统的多传感器安装方式，对数据进行了精确的时空配准和精度评估，可有效应用在岛礁和岸滩测量中。

本发明适用岛礁与岸滩的测量系统采用如下技术方案：

一种适用岛礁与岸滩的测量系统，其它包括测量船、三维激光扫描系统、多波束测深系统、前视避碰声呐、内置摄像头、多传感器升降平台、通讯天线、采集控制终端；

三维激光扫描系统包括三维激光扫描仪、惯性测量单元、GPS接收机、GPS天线、刚性圆柱状外壳；三维激光扫描仪、GPS接收机和惯性测量单元位于刚性圆柱状外壳内部；三维激光扫描仪通过扫描窗口向外发射激光进行扫描测量，获取岛屿和岸滩水面以上部分的地形信息，扫描窗口与测量船航行方向平行；惯性测量单元同步记录测量船的横摇、纵摇和艏向等运动姿态数据，GPS接收机与GPS天线连接，提供导航定位和GPS时钟信息；刚性圆柱状外壳底部焊接有上法兰盘II，与多传感器升降平台的上不锈钢套管顶部的下法兰盘II通过法兰盘安装螺栓II安装固定；GPS天线底部焊有外设螺纹，与固定杆顶部的内置螺纹相连接；固定杆底部焊接有上法兰盘I，与刚性圆柱状外壳顶部的下法兰盘I通过法兰盘安装螺栓I安装固定。

作为优选，多波束测深系统中的换能器安装装置顶部焊接有下法兰盘III，与多传感器升降平台的下不锈钢套管底部的上法兰盘III通过法兰盘安装螺栓III安装固定；多波束换能器安装在换能器安装装置中，用于获取岛屿和岸滩水下部分的地形信息；内置摄像头安装在刚性圆柱状外壳内部，透过摄像窗口进行拍摄，与固定在多传感器升降平台下部的前视避碰声呐一起，分别实时获取航行方向前部水面、水下障碍物目标信息，以提示测量船进行避让。

作为优选，多传感器升降平台包括上不锈钢套管下不锈钢套管；上不锈钢套管、下不锈钢套管都为中空厚壁不锈钢管，保证强度的同时可使多波束换能器和三维激光扫描系统的线缆从中穿过；上不锈钢套管顶部焊接有下法兰盘II，与刚性圆柱状外壳底部的上法兰盘II通过法兰盘安装螺栓II安装固定；下不锈钢套管底部焊接有上法兰盘III，和多波束换能器安装装置顶部的下法兰盘III通过法兰盘安装螺栓III安装固定；厚壁抱箍I和厚壁抱箍II焊接在测量船船舷外侧，多传感器升降平台穿过厚壁抱箍I和厚壁抱箍II，并使用抱箍螺母I、抱箍螺母II固定在测量船上；通过拉出或推进上不锈钢套管来自由调节三维激光扫描仪的高度，安装螺杆穿过插销孔，并使用螺母固定；上不锈钢套管的下端和下不锈钢套管的上端都有防脱焊块，防止过度拉伸；通讯天线焊接在测量船顶部，用于和岸上进行通信以及数据传输；采集控制终端安装在测量船船舱内，用于对多传感器进行采集控制、数据实时处理和显示。

一种适用岛礁与岸滩的测量系统的测量方法，包括下列步骤：

步骤1：系统的安装、校准和测线布设

1.1)将三维激光扫描系统、多波束测深系统、前视避碰声呐和内置摄像头安装在多传感器升降平台的相应位置，使用厚壁抱箍固定安装在测量船船舷外侧，并测量各传感器的空间位置关系；将三维激光扫描仪、惯性测量单元、GPS接收机和多波束换能器的电缆连接到采集控制终端，对各传感器进行初始化设置；

1.2)多波束测深系统的校准：首先在水下地形平坦区布设两条计划测线，匀速、低速往返测量并计算横摇偏差；然后在水下地形特征区布设一条计划测线，匀速往返测量并计算艏向偏差和纵倾偏差；三维激光扫描系统的校准：选取陆上特征目标物进行扫描测量，计算三维激光扫描系统的校准值；