一種水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，包括如下步驟：連接設(shè)備并設(shè)置數(shù)據(jù)接收模式，通過(guò)岸基控制模塊快速解算后發(fā)送船體控制指令，工控計(jì)算機(jī)讀取指令后控制方向舵機(jī)和油門(mén)舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量船的方向和速度的控制，實(shí)時(shí)檢測(cè)汽油機(jī)的運(yùn)行狀況，當(dāng)判斷汽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)航行；本發(fā)明利用串口傳輸數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行程度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，減少了人工干預(yù)和操作；利用雙動(dòng)力控制船體運(yùn)行，一般情況下采用汽油機(jī)動(dòng)力，當(dāng)汽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)航行，提高了測(cè)量船的安全性和應(yīng)急能力，相較以往的測(cè)量船產(chǎn)品，本發(fā)明具有精度高、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地形勘測(cè)工程領(lǐng)域，具體涉及一種水下地形測(cè)量船。

【背景技術(shù)】
[0002] 水下地形測(cè)量船是針對(duì)小型水庫(kù)、枯水期道測(cè)量、亂水區(qū)大比例航道測(cè)量、狹窄水 域整治等工程中自動(dòng)化水深采集的特殊設(shè)備，尺寸便攜，彌補(bǔ)了大型船只無(wú)法進(jìn)入小面積 水域的不足。測(cè)量船一般搭載GPS RTK、測(cè)深儀及其他外圍設(shè)備，完成水下地形測(cè)量任務(wù)。
[0003] 現(xiàn)有測(cè)量船產(chǎn)品中，一般有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種模式：純電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一 般采用蓄電池供電，當(dāng)蓄電池配備較多時(shí)自重較大難以滿足動(dòng)力需求，當(dāng)蓄電池配備較少 時(shí)難以滿足長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航要求；汽油機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航的要求，但由于設(shè)備組件多， 出現(xiàn)故障的幾率較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種汽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)可切 換動(dòng)力控制的水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法。
[0005] 技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，包括 如下步驟： (1) 啟動(dòng)設(shè)備，包括工控計(jì)算機(jī)、汽油機(jī)、GPS RTK、數(shù)字測(cè)深儀、電子羅盤(pán)和無(wú)線通訊模 塊； (2) 連接設(shè)備，所述GPS RTK、數(shù)字測(cè)深儀和電子羅盤(pán)通過(guò)串口連接所述工控計(jì)算機(jī)，利 用GPS RTK串口輸出固定格式數(shù)據(jù)，測(cè)深儀和電子羅盤(pán)實(shí)時(shí)輸出水深和方向角傳輸至工控 計(jì)算機(jī)，所述工控計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊模塊和岸基控制模塊完成無(wú)線通訊數(shù)據(jù)交換； (3) 在和岸基控制模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制船體動(dòng)作和數(shù)據(jù)采集計(jì) 算，對(duì)電子羅盤(pán)進(jìn)行標(biāo)定和方向校正； (4) 標(biāo)定和方向校正完成并確定可行之后，通過(guò)岸基控制模塊快速解算航線后發(fā)送船 體控制指令，工控計(jì)算機(jī)讀取指令后控制方向舵機(jī)和油門(mén)舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量船的方向和速度 的控制； (5) 實(shí)時(shí)檢測(cè)汽油機(jī)的運(yùn)行狀況，當(dāng)岸基控制模塊判斷汽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，工控計(jì)算機(jī) 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)航行，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的速度和方向繼續(xù)執(zhí)行水下地形數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
[0006] 進(jìn)一步，步驟（2)中所述GPS RTK串口輸出NMEA-0183協(xié)議格式數(shù)據(jù)，包括$GPGGA、 $GPGSA、$GPRMC，設(shè)置采樣的間隔小于無(wú)線數(shù)據(jù)交換間隔。本設(shè)備采用多格式使得數(shù)據(jù)信息 充分，且設(shè)置采樣頻率為5Hz，能夠?yàn)閷?shí)時(shí)導(dǎo)航提供更加充足的位置信息。
[0007] 進(jìn)一步，步驟（3)中電子羅盤(pán)的標(biāo)定以恒定速度作兩分鐘圓周運(yùn)動(dòng)，電子羅盤(pán)的方 向校正通過(guò)利用GPS RTK采集的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)求取坐標(biāo)系下的方位角，和電子羅盤(pán)輸出的方 向角作差，求出該差值隨著電子羅盤(pán)方向角變化的函數(shù)關(guān)系。
[0008] 進(jìn)一步，步驟（4)工控計(jì)算機(jī)通過(guò)接受岸基控制模塊的控制信號(hào)，利用輸出PWM信 號(hào)控制方向舵機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的方向控制，并輸出PWM信號(hào)控制油門(mén)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的速度 控制，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)導(dǎo)航。
[0009] 進(jìn)一步，步驟（5)船載檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)傳回的汽油機(jī)檢測(cè)信號(hào)通過(guò)工控計(jì)算機(jī)傳送 給岸基控制模塊，岸基控制模塊判斷汽油機(jī)的運(yùn)行狀況；當(dāng)汽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，岸基控制模 塊發(fā)送電機(jī)控制指令，工控計(jì)算機(jī)收到指令后，向PLC控制器發(fā)送控制指令，PLC控制器通 過(guò)I/O 口控制船體兩側(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向，以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)和前進(jìn)后退；工控計(jì)算機(jī)輸出PWM信 號(hào)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，實(shí)現(xiàn)船體繼續(xù)航行并完成水下地形測(cè)量任務(wù)，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)發(fā)送 返回指令。
[0010] 有益效果：本發(fā)明利用串口傳輸數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行程度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo) 航，減少了人工干預(yù)和操作；利用雙動(dòng)力控制船體運(yùn)行，一般情況下采用汽油機(jī)動(dòng)力，當(dāng)汽 油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)航行，提高了測(cè)量船的安全性和應(yīng)急能力，相較以往的測(cè) 量船產(chǎn)品，本發(fā)明具有精度高、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖； 圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)交換示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施 例。
[0013] 實(shí)施例：一種水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，如圖1、2所示，包括以 下步驟： S100 :啟動(dòng)設(shè)備，主要包括汽油機(jī)、工控計(jì)算機(jī)、GPS RTK、數(shù)字測(cè)深儀、電子羅盤(pán)和無(wú)線 通訊模塊； S200 :設(shè)置GPS RTK輸出數(shù)據(jù)格式報(bào)文和時(shí)間間隔，其串口向工控計(jì)算機(jī)輸出 NMEA-0183協(xié)議固定格式的數(shù)據(jù)，工控計(jì)算機(jī)查看數(shù)據(jù)輸出完整性；工控計(jì)算機(jī)分別連接 測(cè)深儀和電子羅盤(pán)，并查看數(shù)據(jù)通訊是否正常；同時(shí)，工控計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊模塊和岸基 控制模塊相連；當(dāng)所有設(shè)備連接完成后，檢查數(shù)據(jù)采集完整性和無(wú)線通信數(shù)據(jù)交換，當(dāng)數(shù)據(jù) 交換建立后測(cè)量船下水開(kāi)始航行； S300 :當(dāng)數(shù)據(jù)交換建立后，以恒定速度作兩分鐘圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)電子羅盤(pán)進(jìn)行標(biāo)定，并通過(guò) GPS RTK采集的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)求取坐標(biāo)系下的方位角，和電子羅盤(pán)輸出的方向角作差，求出該 差值隨著電子羅盤(pán)方向角變化的函數(shù)關(guān)系，確定平均差值后對(duì)電子羅盤(pán)進(jìn)行方向校正； S400 :岸基控制模塊接收到標(biāo)定校正數(shù)據(jù)后，快速解算航線后發(fā)出船體控制指令，工控 計(jì)算機(jī)輸出PWM信號(hào)控制方向舵機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的方向控制，并輸出PWM信號(hào)控制油門(mén)舵機(jī) 實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的速度控制，控制船體按照航線完成水下地形測(cè)量任務(wù)； S500 :通過(guò)船載檢測(cè)裝置，檢測(cè)汽油機(jī)運(yùn)行狀況，檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸至工控計(jì)算機(jī)，工 控計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送檢測(cè)結(jié)果至岸基控制模塊； S600 :當(dāng)汽油機(jī)運(yùn)行正常時(shí)，岸基控制模塊發(fā)送舵機(jī)控制指令，方向舵機(jī)控制船體的航 行方向，油門(mén)舵機(jī)控制船體的航行速度； S700 :通過(guò)電壓和聲音的GPIO檢測(cè)信號(hào)判斷出汽油機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，岸基控制模塊 發(fā)送電機(jī)控制指令，工控計(jì)算機(jī)收到指令后，向PLC控制器發(fā)送控制指令，PLC控制器通過(guò) GPI0控制船體兩側(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向，以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)和前進(jìn)后退；工控計(jì)算機(jī)輸出PWM信號(hào) 控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，實(shí)現(xiàn)船體繼續(xù)航行并完成水下地形測(cè)量任務(wù)，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)發(fā)送返 回指令，確保船體繼續(xù)航行。
[0014] 如上，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì) 本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在 形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，其特征在于：包括如下步驟： (1) 啟動(dòng)設(shè)備，包括汽油機(jī)、工控計(jì)算機(jī)、GPS RTK、數(shù)字測(cè)深儀、電子羅盤(pán)和無(wú)線通訊模 塊； (2) 連接設(shè)備，所述GPS RTK、數(shù)字測(cè)深儀和電子羅盤(pán)通過(guò)串口連接所述工控計(jì)算機(jī)，利 用GPS RTK串口輸出固定格式數(shù)據(jù)，測(cè)深儀和電子羅盤(pán)實(shí)時(shí)輸出水深和方向角傳輸至工控 計(jì)算機(jī)，所述工控計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線通訊模塊和岸基控制模塊完成無(wú)線通訊數(shù)據(jù)交換； (3) 在和岸基控制模塊實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)上，通過(guò)控制船體動(dòng)作和數(shù)據(jù)采集計(jì) 算，對(duì)電子羅盤(pán)進(jìn)行標(biāo)定和方向校正； (4) 標(biāo)定和方向校正完成并確定可行之后，通過(guò)岸基控制模塊快速解算航線后發(fā)送船 體控制指令，工控計(jì)算機(jī)讀取指令后控制方向舵機(jī)和油門(mén)舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量船的方向和速度 的控制； (5) 實(shí)時(shí)檢測(cè)汽油機(jī)的運(yùn)行狀況，當(dāng)岸基控制模塊判斷汽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，工控計(jì)算機(jī) 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)航行，通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的速度和方向繼續(xù)執(zhí)行水下地形數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，其特征在于： 所述GPS RTK串口輸出NMEA-0183協(xié)議格式數(shù)據(jù)，包括$GPGGA、$GPGSA、$GPRMC，設(shè)置采樣 的間隔小于無(wú)線數(shù)據(jù)交換間隔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，其特征在于： 步驟（3)中電子羅盤(pán)的標(biāo)定以恒定速度作兩分鐘圓周運(yùn)動(dòng)，電子羅盤(pán)的方向校正通過(guò)利用 GPS RTK采集的點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)求取坐標(biāo)系下的方位角，和電子羅盤(pán)輸出的方向角作差，求出該 差值隨著電子羅盤(pán)方向角變化的函數(shù)關(guān)系。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，其特征在于： 步驟（4)工控計(jì)算機(jī)通過(guò)接受岸基控制模塊的控制信號(hào)，利用輸出PWM信號(hào)控制方向舵機(jī) 實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的方向控制，并輸出PWM信號(hào)控制油門(mén)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)船體的速度控制，從而實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)導(dǎo)航。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下地形測(cè)量船的數(shù)據(jù)采集和船體控制方法，其特征在于： 步驟（5)船載檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)傳回的汽油機(jī)檢測(cè)信號(hào)通過(guò)工控計(jì)算機(jī)傳送給岸基控制模塊， 岸基控制模塊判斷汽油機(jī)的運(yùn)行狀況；當(dāng)汽油機(jī)發(fā)生故障時(shí)，岸基控制模塊發(fā)送電機(jī)控制 指令，工控計(jì)算機(jī)收到指令后，向PLC控制器發(fā)送控制指令，PLC控制器通過(guò)I/O 口控制船 體兩側(cè)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的方向，以實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)和前進(jìn)后退；工控計(jì)算機(jī)輸出PWM信號(hào)控制電機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)的速度，實(shí)現(xiàn)船體繼續(xù)航行并完成水下地形測(cè)量任務(wù)，當(dāng)電量過(guò)低時(shí)發(fā)送返回指令。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104142667SQ201410377541
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】岳建平, 王雪, 寧振國(guó), 周航宇 申請(qǐng)人:河海大學(xué)