一种水位测量系统以及一种施工船舶的制作方法

本发明属于海洋测绘技术领域，尤其涉及一种水位测量系统以及一种施工船舶。

背景技术：

当前国内经济加大了从陆地、近海走向远海的进程，沿海远距离航道疏浚工程将越来越多。而在远距离航道疏浚工程中，对实时水位的确定至关重要。

然而，现有的较为常用的实时水位测绘技术中，岸边布设潮位遥报仪实时测绘水位存在着受无线电通信距离的限制，在远距离船舶施工工程中难以实现，获取的水位值不能实时的传输到施工船舶；采取抛压力式验潮仪需要先采集数据，再对数据进行处理，导致水位数据的实时性不好，获取的水位不能准确反映施工船舶所在位置的实时水位值。

可见，现有的实时水位测绘技术在用于远距离实时水位测绘时，还存在着难以精确获取实时水位的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种水位测量系统，旨在解决现有的实时水位测绘技术在用于远距离实时水位测绘时，还存在的难以精确获取实时水位的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种水位测量系统，包括：设置于船舶上的星站差分gps接收机以及与所述星站差分gps接收机进行通讯的实时水位解算设备；

所述星站差分gps接收机，用于实时获取船舶的位置信息以及接收机大地高程值，并发送给所述实时水位解算设备；

所述实时水位解算设备，用于根据所述船舶的位置信息、所述接收机大地高程值、获取的船舶吃水深度值、获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，并按照预设的水位解算规则确定船舶实时位置的水位数据。

本发明实施例的另一目的在于提供一种施工船舶，包括如上述所述的水位测量系统以及与所述水位测量系统进行通讯的施工导航系统；

所述水位测量系统，用于在确定船舶的实时位置的水位数据后，将所述水位数据发送给所述施工导航系统；

所述施工导航系统，用于根据所述水位数据确定所述施工船舶的耙头的实时开挖深度，并控制所述耙头开挖施工。

本发明实施例提供的一种水位测量系统，通过在船舶上设置星站差分gps接收机以及实时水位解算设备，对星站差分gps接收机实时获取的信息进行解析获取到船舶的位置信息以及接收机大地高程值，然后再根据所述船舶的位置信息、所述接收机大地高程值以及可以实时获取的船舶吃水深度值、可直接获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，并按照预设的水位解算规则计算确定船舶实时位置的水位数据。本发明实施例提供的水位测量系统利用星站差分gps接收机接收卫星差分信号来获取高精度的位置信息，不再受到无线电通信距离的限制，且实时水位解算的整个过程都是实时获取数据，实时处理，能够有效地反映出施工船舶所在位置的实时水位值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种水位测量系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种水位测量系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种解算水位数据的步骤流程图；

图4为本发明实施例提供的另一种解算水位数据的步骤流程图；

图5为本发明实施例提供的确定高程异常值的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为解决现有技术中在远距离的航道疏浚施工时所存在的无法远距离准确获取船舶所在位置的实时水位的技术问题，提出了一种利用星站差分技术实现实现水位测绘的技术方案。具体的，在施工船舶上设置星站差分gps接收机，对星站差分gps获取的数据进行解析得到船舶的位置信息以及接收机大地高程值，再利用预先设置好的实时水位解算设备对船舶的位置信息、接收机大地高程值以及获取的船舶吃水深度值、获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值进行解算可以直接确定出水位数据，该水位数据可以较精确的反映出船舶所在位置的实时水位，并用于指导船舶施工。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种水位测量系统的结构示意图，详述如下。

在本发明实施例中，该水位测量系统部署在船舶上，具体的，包括设置于船舶上的星站差分gps接收机110以及与所述星站差分gps接收机进行通讯的实时水位解算设备120。

所述星站差分gps接收机110，用于实时获取船舶的位置信息以及接收机大地高程值，并发送给所述实时水位解算设备。

在本发明实施例中，所述星站差分gps接收机110除了可以获取船舶的位置信息也就是船舶的精度与纬度信息外，还可以获取接收机相对于wgs84参考椭球面的垂直距离，也就是接收机大地高程值，将上述信息发送至实时水位解算设备就可以实时对水位进行解算。

作为本发明的一个优选实施例，所述星站差分gps接收机设置于船舶泥泵吸口处的上方，由于在水位数据的确定中需要用到安装后接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，因此，直接将星站差分gps接收机设置在船舶泥泵吸口处的上方可以大大降低接收机与船舶泥泵吸口的高度差值的计算难度。

作为本发明的一个优选实施例，所述星站差分gps接收机是通过三角固定的方式设置于船舶上，考虑到船舶现场的安装环境，应当保证星站差分gps接收机的稳定性，利用三角固定的方式能够有效地对星站差分gps接收机进行固定，以抵御海面的风浪。

作为本发明的另一个优选实施例，所述星站差分gps接收机外设有防水布袋，通过设置防水布袋，在能够有效对星站差分gps接收机起到防水措施的同时，还能避免对星站差分gps接收机接收信号的影响。

作为本发明的另一个优选实施例，所述星站差分gps接收机通过网线电源一体线与所述实时水位解算设备进行通讯，利用一体线同时解决星站差分gps接收机的电源供给以及信息传输，在复杂的甲板环境上具有较好的实际意义，进一步的作为优选，所述一体线外表设置防水密封层。

所述实时水位解算设备120，用于根据所述船舶的位置信息、所述接收机大地高程值、获取的船舶吃水深度值、获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，并按照预设的水位解算规则确定船舶实时位置的水位数据。

在本发明实施例中，所述接收机与船舶泥泵吸口的高度差值在星站差分gps接收机安装之后既可以直接确定，由星站差分gps接收机安装位置所在平面的水平高度与船舶泥泵吸口所在平面的水平高度相减即可确定，且该高度差值在整个水位测量过程中始终保持不变。作为优选，所述星站差分gps接收机设置于船舶泥泵吸口处的上方，可以更方便确定星站差分gps接收机与船舶泥泵吸口的高度差值。

在本发明实施例中，所述船舶吃水深度值也同样可以直接获取，作为优选，通常是利用船舶上已经设置有的深度传感器获取的，具体可以参阅图2及其解释说明的步骤。

在本发明实施例中，考虑到星站差分gps接收机实际解析出的接收机大地高程值存在偏差，通常需要利用美国国家地理空间情报局开放的全球超高阶地球重力场模型，即egm2008模型对接收机大地高程值残差进行拟合，进而求得正常高大地高程值。具体的，拟合大地高程值残差的过程请具体参阅图3、图4及其解释说明。

作为本发明的一个优选实施例，通常情况下星站差分gps接收机比较稳定，对星站差分gps接收机接收到的信息进行解算可以得到较为准确的接收机大地高程值，但考虑到可能会存在的星站差分gps接收机失解的情况，所述实时水位解算设备120还用于获取预设时期内的潮汐数据，并在所述船舶实时位置的水位数据满足预设的失解条件后，根据所述预设时期内的潮汐数据重新确定所述船舶实时位置的水位数据，其中预设的失解条件后，是指确定的船舶实时位置的水位数据与其他时刻确定的水位数据差距较大，超过预设的阈值，即此时可能是星站拆分gps接收机接收到的信息发生失解，解算出的接收机大地高程值出现异常。

本发明实施例提供的一种水位测量系统，通过在船舶上设置星站差分gps接收机以及实时水位解算设备，对星站差分gps接收机实时获取的信息进行解析获取到船舶的位置信息以及接收机大地高程值，然后再根据所述船舶的位置信息、所述接收机大地高程值以及可以实时获取的船舶吃水深度值、可直接获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，并按照预设的水位解算规则计算确定船舶实时位置的水位数据。本发明实施例提供的水位测量系统利用星站差分gps接收机接收卫星差分信号来获取高精度的位置信息，不再受到无线电通信距离的限制，且实时水位解算的整个过程都是实时获取数据，实时处理，能够有效地对反映出施工船舶所在位置的实时水位值。

如图2所示，为本发明实施例提供的另一种水位测量系统的结构示意图，详述如下。

在本发明实施例中，与图1所示出一种水位测量系统的区别在于，还包括设置于船舶泥泵吸口处的深度传感器210。

所述深度传感器210，用于获取船舶泥泵吸口距离水面的深度值，并发送给所述实时水位解算设备120。

在本发明实施例中，所述船舶泥泵吸口距离水面的深度值即为船舶吃水深度值，在水位解算过程中，船舶吃水深度值不断变化，但通过深度传感器仍可以实时的反馈船舶吃水深度值变化，因此仍可以实现实时确定水位。

在本发明实施例中，在指导船舶施工的工程中，耙头实时开挖深度与实时水位以及船舶吃水深度值两者关联，由于实时水位的计算过程中，也需要用到船舶吃水深度值，船舶吃水深度值被抵消，因此，最终确定的耙头实时开挖深度与船舶吃水深度无关，也就是本发明提供的实时水位结算方法在用于指导船舶施工时，耙头实时开挖深度不再与时刻变化的船舶吃水深度关联，有效规避了由于涌浪大、气泡多、航速快等外部客观条件引起的泥泵吸口深度传感器不能稳定、准确获取泥泵吸口深度的情形，能更好的保证下耙深度，保证施工质量，具有显著的实际意义。

如图3所示，为本发明实施例提供的一种解算水位数据的步骤流程图，具体包括以下步骤：

步骤s302，根据所述船舶的位置信息以及预设的位置-高程异常值模型确定所述船舶的高程异常值。

在本发明实施例中，所述船舶的位置信息包括船舶的经度与纬度信息。

在本发明实施例中，所述预设的位置-高程异常值模型包括目标平面坐标与高程异常值的对应关系，是基于预设的测绘数据并通过egm2008模型构建的，通常情况下，该位置-高程异常值模型也可以直接从对应施工海面的管辖部门出获取。考虑到位置-高程异常值模型中包括的目标平面坐标是在特定平面区域内的坐标值，因此，在利用船舶的位置信息也就是船舶的经度与纬度信息确定高程异常值，需要先对船舶的位置信息进行处理，以得到在目标平面的坐标信息。其中，具体的步骤请参阅图5及其解释说明的步骤。

步骤s304，根据所述高程异常值、所述接收机大地高程值、获取的船舶吃水深度值及获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，并按照预设的水位解算规则确定船舶实时位置的水位数据。

在本发明实施例中，所述船舶实时位置的水位数据＝接收机大地高程值-高程异常值-(接收机与船舶泥泵吸口的高度差值-船舶泥泵吸口距离水面的值)，其中接收机大地高程值由星站差分gps接收机接收到的信息解算确定、高程异常值是由星站差分gps接收机接收到的信号解算得到的船舶的位置信息代入到预设的位置-高程异常值模型中确定、船舶吃水深度值可以通过设置于船舶泥泵吸口处的深度传感器获取、接收机与船舶泥泵吸口的高度差值是在安装固定星站差分gps接收机之后可以确定的固定值，上述数据都可以通过相应设备实时获取，并通过近距离传输方式传输给实时水位解算设备进行计算，因此，计算出的水位数据具有较好的实时性，能够准确的反映船舶实时位置的水位。

如图4所示，为本发明实施例提供的另一种解算水位数据的步骤流程图，详述如下。

在本发明实施例中，与图3所示出的一种解算水位数据的步骤流程图的区别在于，还包括：

步骤s402，对所述船舶实时位置的水位数据进行滤波处理，生成滤波处理后的水位数据。

在本发明实施例中，通过进一步对船舶实时位置的水位数据进行滤波处理，可以生成船舶实时位置的水位数据的连续变化曲线，可以更好的用于指导船舶施工。

如图5所示，为本发明实施例提供的确定高程异常值的步骤流程图，具体包括以下步骤：

步骤s502，根据所述船舶的经度与纬度信息确定所述船舶的wgs-84空间直角坐标。

在本发明实施例中，wgs-84是一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的z轴指向国际时间服务机构所定义的协议地球极方向，x轴指向国际时间服务机构所定义的零子午面和ctp赤道的交点，y轴与z轴、x轴垂直构成右手坐标系，在该统一定义的空间直角坐标下，能够根据船舶的经度与纬度信息直接确定船舶的wgs-84空间直角坐标。

步骤s504，根据所述wgs-84空间直角坐标并按照预设的椭球转换规则确定所述船舶的目标椭球空间直角坐标。

在本发明实施例中，椭球转换是一种常用的空间直角坐标转换方法，属于本领域技术人员的公知常识，在此不再赘述。其中当存在一个以上的已知点时，采用三参数，而存在三个以上的已知点是，采用七参数。

步骤s506，根据所述目标椭球空间直角坐标确定所述船舶的目标椭球经纬度信息。

在本发明实施例中，与wgs-84类似，在目标椭球空间内也可以进行直角坐标与经纬度信息的转化，因此，可以通过目标椭球空间直角坐标确定所述船舶的目标椭球经纬度信息，转化过程同样属于本领域技术人员的公知常识，在此不再赘述。

步骤s508，根据预设的投影参数对所述目标椭球经纬度信息进行坐标投影转换确定所述船舶的目标平面坐标。

在本发明实施例中，根据预设的投影参数对目标椭球经纬度信息进行坐标投影转换就可以确定船舶的目标平面坐标，即可以判断船位于哪个高程异常区域，并获取相应的高程异常数据。

步骤s510，根据所述目标平面坐标以及预设的位置-高程异常值模型确定所述船舶的高程异常值。

在本发明实施例中，由于预设的位置-高程异常值模型包括目标平面坐标与高程异常值的对应关系，因此在确定所述目标平面坐标后，就可以确定对应的高程异常值，该高程异常值可以用于对星站差分gps接收机解算出的大地高程值进行拟合修正。

本发明实施例还提供一种施工船舶，包括如上述所述的水位测量系统以及与所述水位测量系统进行通讯的施工导航系统。

所述水位测量系统，用于在确定船舶的实时位置的水位数据后，将所述水位数据发送给所述施工导航系统。

所述施工导航系统，用于根据所述水位数据确定所述施工船舶的耙头的实时开挖深度，并控制所述耙头开挖施工。

在本发明实施例中，控制所述耙头开挖施工需要用到的耙头实时开挖深度与实时水位以及船舶吃水深度值两者关联，具体的，耙头实时开挖深度＝船舶吃水深度值+耙头至泥泵吸口的垂直距离(固定值)-实时水位，将实时水位的计算公式带入，其中船舶吃水深度值被抵消，耙头实时开挖深度只跟耙头至泥泵吸口的垂直距离(固定值)、星站差分gps接收机获取的接收机大地高程值、接收机与船舶泥泵吸口的高度差值以及高程异常值有关，有效规避了由于涌浪大、气泡多、航速快等外部客观条件引起的泥泵吸口深度传感器不能稳定、准确获取泥泵吸口深度的情形，能更好的保证下耙深度，保证施工质量，具有显著的实际意义。

本发明实施例提供的一种施工船舶，通过在船舶上设置星站差分gps接收机以及实时水位解算设备，对星站差分gps接收机实时获取的信息进行解析获取到船舶的位置信息以及接收机大地高程值，然后再根据所述船舶的位置信息、所述接收机大地高程值以及可以实时获取的船舶吃水深度值、可直接获取的接收机与船舶泥泵吸口的高度差值，并按照预设的水位解算规则计算确定船舶实时位置的水位数据，再将水位数据发送给施工导航系统，而施工导航系统用于根据所述水位数据确定所述施工船舶的耙头的实时开挖深度，并控制所述耙头开挖施工。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。