一种多波束水深测量系统的制作方法

本实用新型涉及水深测量技术领域，特别是涉及一种多波束水深测量系统。

背景技术：

水深测量是测定水底各点平面位置及其在水面以下的深度，是海道测量和海底地形测量的基本手段。测深器具通常使用测深杆、水铊、回声测深仪、多波束回声测深系统和海底地貌探测仪等，所测得瞬时水面下的深度，经测深仪改正和水位改正，可以归算到由深度基准面起算的深度。其中，传统的多波束水深测量系统一般分为船载系统和岸基系统，船载系统测量数据并存储后，需要等待水上作业结束后才能将所测得的数据统一交由位于岸基上的计算机处理。可见，这样的数据采集及处理方式需要大量的数据等待时间，用户无法及时地对水深数据进行查看，且经过一段时间作业后会产生大量的数据，在数据处理上需要耗费大量的时间，数据分析效率较低。

技术实现要素：

基于此，本实用新型的目的在于，提供一种多波束水深测量系统，其具有能够实时传输水深测量数据，数据处理效率高的优点。

一种多波束水深测量系统，包括设置于测量船上的数据采集装置、主机和移动通信模块，以及设置于岸基的数据处理终端；所述数据采集装置连接至所述主机的信号输入端口；所述移动通信模块连接至所述主机的信号输出端口；所述数据采集装置包括安装于测量船底部的换能器；所述换能器连接至所述主机的信号输入端口，采集水深数据信号并传输至所述主机；所述主机接收所述水深数据信号，通过所述移动通信模块发送至所述数据处理终端；所述数据处理终端接收所述水深数据信号，并输出水深数据图像至显示器。

本实用新型所述的多波束水深测量系统，能够将数据采集装置采集的水深数据信号及时地传回至岸基的数据处理终端，以便于及时对水深数据进行处理，加快了数据传输及数据处理的效率，便于用户实时观测水深情况。

进一步地，所述移动通信模块包括相互电连接的基带芯片、射频模块和天线组件；所述基带芯片连接至所述主机的信号输出端口，接收所述水深数据信号，并传输至所述射频模块；所述射频模块连接至所述基带芯片，接收所述水深数据信号编码后传输至所述天线组件；所述天线组件通过导线连接至所述射频模块，接收所述水深数据信号转换成电磁波信号发送至所述数据处理终端。

进一步地，所述射频模块包括射频收发机、功率放大器和双工器；所述射频收发机分别与所述功率放大器和所述双工器电连接。

进一步地，所述移动通信模块为4G通信模块。

进一步地，所述换能器包括与所述主机电气连接的发射阵和接收阵；所述发射阵沿测量船的龙骨方向设置，向海底发射声波；所述接收阵设置于所述发射阵的下方，接收海底反射回的声波转换成电信号传输至所述主机。

进一步地，所述数据采集装置还包括安装于测量船中部的定位装置；所述定位装置连接至所述主机的信号输入端口，获取测量船的定位信号并传送至所述主机。

进一步地，所述数据采集装置还包括安装于测量船上的姿态仪；所述姿态仪连接至所述主机的信号输入端口，检测测量船的运动状态并产生运动状态信号传送至所述主机。

进一步地，所述数据采集装置还包括连接至所述主机的信号输入端口的声速剖面仪；所述声速剖面仪获取声速信号并传送至所述主机。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的多波束水深测量系统的结构框图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

请参阅图1，其是本实用新型实施例所述的多波束水深测量系统的结构框图。

所述多波束水深测量系统，包括船载系统和岸基系统，所述船载系统包括设置于测量船上的数据采集装置10、主机20和移动通信模块30；所述岸基系统包括设置于岸基的数据处理终端40；所述数据采集装置10、主机20和移动通信模块30依次电气连接；所述数据采集装置10获得水深数据信号并传输至所述主机20；所述主机20接收所述水深数据信号，并通过所述移动通信模块30将所述水深数据信号发送至所述数据处理终端40；所述数据处理终端40接收所述水深数据信号，并将所述水深数据信号进行运算处理后生成并输出水深数据图像至显示器。

本实施例所述的多波束水深测量系统，能够将数据采集装置采集的水深数据信号及时地传回至岸基的数据处理终端，以便于及时对水深数据进行处理，加快了数据传输及数据处理的效率，便于用户实时观测水深情况。

在水深数据传输的过程中，所述移动通信模块30接收所主机20传递过来的水深数据信号，以移动通信编码方式对所述水深数据信号进行编码以获得水深编码信号，并通过移动网络发送至所述数据处理终端40；所述数据处理终端40接收所述水深编码信号并以移动解码方式进行解码查收，获得水深解码信号并对其进行数据处理，从而将水深解码信号转换成水深数据图像，供用户查看分析。用户可以实时地获取到水深数据图像，进行下一步的动作执行，无需等待测量船返航后再进行数据处理；另外，还可以根据水深数据知晓测量船此时所处的环境，以便更好的控制测量船的航行及测量。

同时，用户还可以在数据处理终端40输入水深采集指令，控制测量船按照用户规划航行，并采集到用户想要的水深数据。所述数据处理终端40将水深采集指令以移动通信编码方式进行编码获得水深采集信号，通过移动网络发送至所述移动通信模块30；所述移动通信模块30接收所述水深采集信号，以移动通信解码方式解码获得水深测量指令并传输至所述主机20执行；所述主机20执行所述水深测量指令控制所述数据采集装置10采集水深数据。

所述移动通信模块30包括相互电连接的基带芯片、射频模块、天线组件和电源模块；所述基带芯片连接至所述主机的信号输出端口，接收所述水深数据信号，并传输至所述射频模块；所述射频模块连接至所述基带芯片，接收所述水深数据信号编码后传输至所述天线组件；所述天线组件通过导线连接至所述射频模块，接收所述水深数据信号转换成电磁波信号发送至所述数据处理终端；所述电源模块连接至所述基带芯片和射频模块，用于给所述基带芯片和射频模块提供电源。

所述射频模块包括射频收发机、功率放大器和双工器；所述射频收发机分别与所述功率放大器和所述双工器电连接。

所述数据采集装置10包括安装于测量船上的换能器、定位装置、姿态仪和声速剖面仪。

所述换能器安装于测量船的底部，并与所述主机20电气连接，包括发射阵和接收阵；所述发射阵沿测量船的龙骨方向设置，向海底发射声波；所述接收阵设置于所述发射阵的下方，接收海底反射回的声波，并转换成电信号传输至所述主机。测量水深时，发射阵将电信号转换成声波并向海底发射，在海底一定范围内形成宽扇区覆盖，声波到达海底又立即被反射回海平面，此时接收阵对声波进行窄波束接收，并将接收到的声波转换成电信号传输至主机存储。发射阵不断发射测量声波，船向前航行，便可以获取通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印，一次探测就能获得与航向垂直的垂面内的上百个甚至更多的海底被测点的水深值，通过对这些脚印进行运算处理，获取大量的水深数据值，具有较高的测量效率。

在本实施例中，所述定位装置为差分全球定位系统DGPS(Differential Global Positioning System)，其安装于测量船的中部，并连接至所述主机的信号输入端口，所述定位装置获取测量船的定位信号，即获取测量船对应水下测量点的经度和纬度并传送至所述主机，用于航向导航及赋以水深值位置信息。DGPS的定位方法是在一个精确的已知位置，即基准站上安装GPS监测接收机，计算得到基准站与GPS卫星的距离改正数，具有较高的定位精度。由于测量船在海面上测量作业时，会受到风浪的影响产生晃动，其接收卫星定位信号也会受到影响，因此还在测量船上安装了PPS(Pulse Per Second)设备，以便对GPS(Global Positioning System)延时进行补偿，以便更精准地获取水深数据对应的位置信息，提高测量的精度。

在其他实施例中，该定位装置还可以选用其他的定位系统。

所述姿态仪安装于测量船上，并连接至所述主机20的信号输入端口，用于检测测量船的运动状态并产生运动状态信号传送至所述主机。测量船在海面上测量作业时，会受到风浪的影响产生晃动，就会对测量数据造成一定的影响，需要对测量数据进行校准以及补偿，其中校准包括横摇校准、纵摇校准以及艏摇校准。因此，还在测量船上安装有姿态仪。具体地，所述姿态仪内部设置有三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴电子罗盘。所述姿态仪检测出测量船的运动状态，从而就可以推算出换能阵的运动状态，以便于航向确定以及作业过程中的各种姿态对水深值造成的误差进行补偿，以更准确地获得水深值。

所述数据采集装置还包括连接至所述主机的信号输入端口的罗经设备，用于确定测量船的航向。

所述声速剖面仪安装于测量船上，并连接至所述主机的信号输入端口，获取声速信号并传送至所述主机，通过声速剖面仪可以获知水深值，因此可以用该声速剖面仪测得的水深值对换能阵测得水深值进行校对，并进行数据改正。

所述主机20接收来自于各个数据采集装置采集的数据，将各种数据进行整合打包并存储，同时将各个数据包传输至移动通信模块30，以将各类数据通过移动网络发送至岸基上的数据处理终端40进行数据处理。

所述移动通信模块30用于将数据采集装置20所采集的各类数据包传输至数据处理终端。具体地，本实施例中所述移动通信模块可以为4G通信模块。所述4G通信模块接收所述各类数据包，以移动通信编码方式进行编码获得数据包编码信号，并通过移动网络发送至所述数据处理终端40。

在其他实施例中，所述移动通信模块也可以是其他通信模块，如5G通信模块。

本实施例中，所述数据处理终端40为计算机。计算机接收到测量船发送回的各个数据包，及时将各个数据包进行处理，获取水深结果图，并可进行可视化处理。其中，数据处理的过程中通过潮位补偿、声速改正、条带滤波、横摇校准、纵摇校准、艏摇校准，并精细编辑后导出水深成果，精准地描绘出海底地形的三维特征。

具体地，计算机通过PDS2000和CARIS对数据包进行处理。其具体的处理流程是：首先编辑船配置文件，建立新HIPS项目将原始数据格式(如XTF格式)转换成HIPS格式，并保存工作过程文件。接着通过声速剖面数据对水深数据进行改正，输入潮位数据并进行数据合并，接着定义现场地图，生成网格化水深地形曲面，再对数据进行检测。如果在水深地形曲面上发现数据异常，可以做出下列检查：检查、编辑GPS和运动传感器数据，条带编辑，即逐线条的检查和编辑以时间为参考的原始水深数据，同时精细改正声速折射影响，对子区域数据清理，在小面积地图范围内同时编辑多条测线数据，重新计算水深地形曲面，从而生成光滑水深曲面，最后输出水深结果图像。水深结果图像包括等值线图、原始输出的水深图、平均格网法的水深图，以及TIF格式的各种图像。

本实用新型实施例所述的多波束水深测量系统由于是采用多波束测量水深，在测量的过程中，每一个单位时间内可能产生30M以上的数据，因此，通过移动通信模块将大量的数据实时传送回岸基上的数据处理终端，数据处理终端可以实时地对数据进行处理，将数据的综合处理改进为按照时间段进行处理，加快了数据的处理效率，而不用等待航向测量完成返航后才一次性处理。同时，减少了在船上作业的时间，降低了测量船的外业数据风险。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。