一種邊遠(yuǎn)島礁水下地形地貌勘測系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋調(diào)查與海洋測繪技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種邊遠(yuǎn)島礁水下地形地貌勘測系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海底地形調(diào)查是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的海洋地理信息調(diào)查工作，為了揭示海底表面的起伏形態(tài)，多波束測深系統(tǒng)是必不可少的調(diào)查手段之一。
[0003]多波束測深系統(tǒng)是當(dāng)前最先進(jìn)的海底地形測量設(shè)備，該設(shè)備主要安裝于科考船之上，進(jìn)行海底地形地貌調(diào)查?，F(xiàn)有的遠(yuǎn)海地形調(diào)查主要采用大型科考船進(jìn)行，但是在邊遠(yuǎn)島礁區(qū)存在諸多缺陷:(I)大型科考船吃水較深，靈活機(jī)動(dòng)性不夠，容易在島礁區(qū)擱淺；(2)若放棄島礁區(qū)的測量，會導(dǎo)致測區(qū)出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致勘測任務(wù)無法全面完成。
[0004]在邊遠(yuǎn)島礁地區(qū)，例如我國某些沙島礁區(qū)，水深較淺，島礁密集，大型科考船因?yàn)槌运^深，機(jī)動(dòng)性不足，無法進(jìn)入島礁周邊淺水區(qū)進(jìn)行測量。而這些區(qū)域的島礁吹填等海洋工程建設(shè)項(xiàng)目又迫切地需要精細(xì)的海底地形數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)方法的不足和現(xiàn)實(shí)需求，目的在于提供一種邊遠(yuǎn)島礁水下地形地貌勘測系統(tǒng)與方法。
[0006]—種邊遠(yuǎn)島礁水下地形地貌勘測系統(tǒng)，包括勘測母船、測量小艇，其中勘測母船分布在深水區(qū)，測量小艇分布在勘測母船沒法測量的淺水區(qū)，并將測量結(jié)果反饋給勘測母船；
所述的勘測母船包括磁力儀測量拖體、組合聲納、勘測母船前視避碰聲納、勘測母船通訊天線、勘測母船GPS天線、母船基站;所述的組合聲納進(jìn)一步包含聲學(xué)多普勒流速剖面儀、淺地層剖面儀、深水多波束測深系統(tǒng);勘測母船通過磁力儀測量拖體進(jìn)行磁場強(qiáng)度勘測，利用聲學(xué)多普勒流速剖面儀獲得所在區(qū)域海水流速信息，利用淺地層剖面儀獲得所在區(qū)域地層信息，利用深水多波束測深系統(tǒng)獲得所在位置海底地形信息，利用前視聲納獲取航線障礙物信息，利用通訊天線與測量小艇進(jìn)行相互通信，通過GPS天線獲得勘測母船的實(shí)時(shí)位置信號，使用母船基站對測量小艇信號進(jìn)行處理及發(fā)送指令。
[0007]所述的測量小艇包括測量小艇前視避碰聲吶、測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)、測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端、測量小艇GPS天線、測量小艇通訊天線、測量小艇航行系統(tǒng);測量小艇利用測量小艇前視避碰聲吶獲取航線上障礙物信息，利用淺水多波束測深系統(tǒng)獲取所在位置水深信息，通過測量小艇GPS天線獲取實(shí)時(shí)位置信號，使用測量小艇通訊天線與母船基站進(jìn)行信息通訊，利用測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端收集處理各類艇載設(shè)備及母船基站返回的信息，并做出相應(yīng)指令，控制測量小艇航行系統(tǒng)，從而控制測量小艇的航行速度和方向。
[0008]所述的測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端控制測量小艇航行系統(tǒng)，由測量小艇前視避碰聲吶探測測量小艇前行方向障礙物情況，若測量小艇前視避碰聲吶探測到障礙物，則由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端控制測量小艇航行系統(tǒng)向鄰近已測的測線方向進(jìn)行避讓，避讓完成后重新返回測線進(jìn)行勘測。
[0009]—種邊遠(yuǎn)島礁水下地形地貌勘測方法，步驟如下:
步驟1:設(shè)備檢查和作業(yè)分區(qū)
1.1)檢查測量母船和測量小艇所有設(shè)備是否功能正常；
1.2)在所述的母船基站上對島礁、淺水測區(qū)進(jìn)行分區(qū)，指定每一艘測量小艇負(fù)責(zé)一個(gè)島礁區(qū)域的測量；
步驟2:測線規(guī)劃
2.1)按照具體作業(yè)分區(qū)情況，在母船基站上對所有測量小艇負(fù)責(zé)的測區(qū)進(jìn)行測線規(guī)劃，按照3倍水深間距標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測線布設(shè)；
步驟3:測量小艇投放和指令下達(dá)
3.1)勘測母船將測量小艇分別投放在指定的測區(qū)；
3.2)母船基站對測量小艇下達(dá)作業(yè)指令，測量小艇通過自帶的通訊天線接收來自母船基站布設(shè)的計(jì)劃測線和作業(yè)指令，并由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端進(jìn)行處理；
步驟4:測量小艇分區(qū)勘測
4.1)測量小艇GPS天線獲取測量小艇實(shí)時(shí)位置信號，測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端與母船基站通過各自通訊天線進(jìn)行信息交換，由淺水多波束測深系統(tǒng)進(jìn)行水深測量，由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端處理各設(shè)備返回的信息和母船基站的指令，并控制測量小艇航行系統(tǒng)進(jìn)行勘測；
4.2)由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端控制測量小艇航行系統(tǒng)，由測量小艇前視避碰聲吶探測測量小艇前行方向障礙物，若測量小艇前視避碰聲吶探測到障礙物，則由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端控制測量小艇航行系統(tǒng)向鄰近已測的測線方向進(jìn)行避讓，避讓完成后重新返回測線進(jìn)行勘測；
4.3)由測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)探測測量小艇所在區(qū)域水深，若測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)中央波束所測水深小于0.5m的安全門限，則由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端判斷為遭遇淺水障礙，并向小艇航行系統(tǒng)發(fā)送避讓信號，從而使測量小艇向鄰近已測測線方向進(jìn)行避讓，避讓完成后測量小艇重新返回測線進(jìn)行勘測；若所述的測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)連續(xù)100呼(ping)的邊緣波束所測平均水深小于0.5m的安全門限，則由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端將測量結(jié)果信息傳回勘測母船基站；
步驟5:測量小艇回收
5.1)經(jīng)確認(rèn)測量小艇作業(yè)完成后，由母船基站向測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端發(fā)送返回指令，測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端控制航行系統(tǒng)返回勘測母船所在海域；
5.2)測量小艇返回勘測母船周圍后，由勘測母船的對測量小艇進(jìn)行回收，并做各項(xiàng)檢查，完成測量小艇設(shè)備回收和測量數(shù)據(jù)下載。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
(1)安全性，避免了科考母船進(jìn)入淺水區(qū)進(jìn)行勘測進(jìn)而擱淺的風(fēng)險(xiǎn)；
(2)高效性，多艘測量小艇可同步作業(yè)，大大提升了測量效率；
(3)可反復(fù)使用，測量小艇可重復(fù)使用，降低了勘測設(shè)備成本；
(4)高質(zhì)量，使用測量小艇勘測島礁、淺水區(qū)，保證了測區(qū)的高質(zhì)量勘測結(jié)果，盡最大可能實(shí)現(xiàn)了邊遠(yuǎn)島礁區(qū)的無空白測量和連續(xù)拼接，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜淺水區(qū)的高質(zhì)量勘測。
[0011]本發(fā)明適用于島礁、淺水區(qū)海底地形地貌勘測、海洋測繪、海洋工程和海洋科學(xué)研究。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明工作流程示意圖；
圖2是本發(fā)明勘測母船的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4是本發(fā)明測量小艇的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明圖4俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖6是本發(fā)明系統(tǒng)勘測方法示意圖；
圖7是測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端指令流程框圖。
[0013]圖中:勘測母船1、測量小艇2、島礁3;磁力儀測量拖體1.1、組合聲納1.2、勘測母船前視避碰聲納1.3、勘測母船通訊天線1.4、勘測母船GPS天線1.5、母船基站1.6;測量小艇前視避碰聲吶2.1、測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)2.2、測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端2.3、測量小艇GPS天線2.4、測量小艇通訊天線2.5、測量小艇航行系統(tǒng)2.6;淺水區(qū)暗礁3.1、淺水區(qū)計(jì)劃測線3.2、測量小艇多波束腳印3.3、測量小艇所測測線3.4;聲學(xué)多普勒流速剖面儀1.2.1、淺地層剖面儀1.2.2、深水多波束測深系統(tǒng)1.2.3。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，現(xiàn)利用實(shí)例，并配合附圖進(jìn)行說明。
[0015]實(shí)施例1
一種邊遠(yuǎn)島礁水下地形地貌勘測系統(tǒng)，附圖1為其具體工作流程;參照附圖2、3，它包括勘測母船1、測量小艇2;參照附圖2，勘測母船I由磁力儀測量拖體1.1、組合聲納1.2、勘測母船前視避碰聲納1.3、勘測母船通訊天線1.4、勘測母船GPS天線1.5、母船基站1.6組成;參照附圖3，組合聲納1.2進(jìn)一步包含聲學(xué)多普勒流速剖面儀1.2.1、淺地層剖面儀1.2.2、深水多波束測深系統(tǒng)1.2.3；勘測母船I利用前視聲納1.3獲取航線障礙物信息;通過磁力儀測量拖體1.1進(jìn)行磁場強(qiáng)度勘測;通過GPS天線1.5獲得勘測母船I的實(shí)時(shí)位置信號;利用通訊天線1.4與測量小艇2進(jìn)行相互通信;使用母船基站1.6對測量小艇信號進(jìn)行處理及發(fā)送指令;勘測母船I利用聲學(xué)多普勒流速剖面儀1.2.1獲得所在區(qū)域海水流速信息，利用淺地層剖面儀1.2.2獲得所在區(qū)域地層信息，使用深水多波束測深系統(tǒng)1.2.3獲得其所在位置海底地形信息。
參照附圖4，測量小艇2包括測量小艇前視避碰聲吶2.1、測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)2.2、測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端2.3、測量小艇GPS天線2.4、測量小艇通訊天線2.5、測量小艇航行系統(tǒng)2.6;利用測量小艇前視避碰聲吶2.1獲取航線上障礙物信息;參照附圖5，測量小艇2利用淺水多波束測深系統(tǒng)2.2獲取所在位置水深信息;通過測量小艇GPS天線2.4獲取實(shí)時(shí)位置信號；使用測量小艇通訊天線2.5與母船基站1.6進(jìn)行信息通訊；利用測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端2.3收集處理各類由艇載設(shè)備及母船基站1.6返回的信息，并做出相應(yīng)指令，控制測量小艇航行系統(tǒng)2.6，從而控制測量小艇的航行速度和方向。
[0016]參照附圖5、6、7，測量小艇2上安裝測量小艇淺水多波束測深系統(tǒng)2.2時(shí)向島礁一側(cè)調(diào)整換能器安裝角度20°到40°，參照圖6，使較多的波束照射在島礁一側(cè)的淺水區(qū)，測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端2.3根據(jù)已有的測量條帶邊緣水深自動(dòng)調(diào)整測線間距和航行線路，保障測量小艇2作業(yè)安全。
[0017]參照附圖6、7，測量小艇2由外向內(nèi)進(jìn)行繞圈式計(jì)劃測線勘測，測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端2.3控制測量小艇航行系統(tǒng)2.6，由測量小艇前視避碰聲吶2.1探測測量小艇2前行方向障礙物，若測量小艇前視避碰聲吶2.1探測到障礙物，則由測量小艇作業(yè)優(yōu)化與中控終端2.3控制測量小艇航行系統(tǒng)2.6向鄰近已測的測線方向進(jìn)行避讓，避讓完成后重新返回測線進(jìn)行勘測。
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