一种高精度偏移定位测深辅助系统及方法与流程

本发明属于河流断面测绘技术领域，具体涉及一种高精度偏移定位测深辅助系统及方法。

背景技术：

在现代水利治理工程中，中小河道的所占的比例非常大，而中小河流的治理的关键是河道纵横断面测量成果。河道横断面测绘的任务就是测量出河道断面线上各个地形点的高低起伏状况，并绘出断面图。断面测量主要分陆地跟水下，陆地测量方法目前已比较成熟，水下测量方法目前主要有测量人员手持测量定位仪器(gps-rtk)、测深杆、测深锤、回声测深仪实现。

现阶段河底高程的测量方式主要有以下几种：一：在水浅(水深0.6米以内，流速不超过3m/s)的河段依靠测量人员手持gps-rtkrtk直接涉水测量，采集河底三维数据。二：利用测深杆、测深锤测量水深，结合rtk获得河底平面、高程数据。三：回声测深系统，依靠载体(测量船)进行水深测量，经过水深数据处理，获得河底平面、高程。

第一种测量人员手持测量仪器直接涉水测量河底数据，该方法对人身安全有极大危害，受水深限制(涉水测量水深不能超过0.6m，流速不超过3m/s)，并且在北方寒冷的冬季，影响测量人员的工作意愿。第二种测深杆、测深锤测量水深，结合rtk获得河底平面高程数据，需要测量人员在有船只的情况下完成作业，该方法平面定位精度不高，效率低下，需投入大量人力物力，成本高。第三种利用船载回声测深系统，该方法成本较高，在较窄河道测量断面不能灵活作业。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种高精度偏移定位测深辅助系统及方法，本技术方案主要解决宽度较窄，水深较大的河道断面数据的采集。通过采用本发明，测量人员可以在岸边直接采集河道水域部分所需要的断面点三维数据，操作灵活，降低了作业的危险性，降低了作业成本，提高数据精度和作业效率。

本发明所述的一种高精度偏移定位测深辅助系统，包括底盘，还包括：

主支撑架，主支撑架底端与底盘连接，主支撑架上设有调节槽；

gps接收机固定杆，设于主支撑架顶端，gps接收机固定杆上设有gps接收机；

带刻度伸缩杆，前端与主支撑架连接；带刻度伸缩杆上设有水准气泡i以及固定螺丝ii；

测量装置，通过固定连杆与主支撑架上端连接；测量装置上方设有指南针，侧面设有水准气泡ii；

支撑臂，一端与调节槽连接，一端与带刻度伸缩杆连接。支撑臂的两端设有通孔ii。

所述底盘上设有插销，所述主支撑架底部设于与插销相适配的插槽。

所述主支撑架为空腔结构，主支撑架的侧壁上端设有通孔i，通孔i下方设有调节槽；所述固定连杆一端设有通孔i，另一端设有通孔iii。

所述gps接收机固定杆为空腔结构，gps接收机固定杆的侧壁下端设有通孔i。

所述带刻度伸缩杆前端设有通孔i，通孔i内插设有圆筒，圆筒设于gps接收机固定杆空腔内；主支撑架、gps接收机固定杆、固定连杆以及圆筒通过贯穿通孔i的固定螺丝i紧固。

所述的带刻度伸缩杆至少包括五节伸缩杆，第一节伸缩杆两侧设有水准气泡i以及固定螺丝ii。

所述测量装置包括盒体，盒体上设有测量尺出口，盒体内设有转轴，转轴上缠绕有测量尺，盒体外设有插销以及与转轴连接的手柄；所述测量尺出口与带刻度伸缩杆上表面平齐。

所述带刻度伸缩杆末端设有半圆孔。

所述测量尺穿过半圆孔且末端设有铅锤。

本发明还提出了一种高精度偏移定位测深方法，采用上述所述的辅助系统进行测量，包括以下步骤：

(1)组装主支撑架、测量装置、带刻度伸缩杆、gps接收机固定杆；具体的过程为：将两根支撑臂用调节螺旋通过通孔ii分别固定在主支撑架两侧调节槽内(此位置至固定螺丝i中心位置30cm)，将圆筒插入带刻度伸缩杆(收缩状态)第一节伸缩杆前端的通孔i内，在主支撑架两侧，把固定螺丝i依次穿过主支撑架侧壁上端通孔i、gps接收机固定杆侧壁下端通孔i、固定连杆孔的通孔i、圆筒(已插入伸缩杆)，调整gps接收机固定杆竖直，然后旋紧。固定连杆另一端的通孔iii分别插入盒体外部两侧的插销内。

(2)将底座放在岸坡与水面界处，踩实，使底盘盘面与水面线持平(不被水面淹没也不能高出水面)，将主支撑架底部中心的插槽插入底盘插销；

(3)拉起处于收缩状的带刻度伸缩杆至水平位置，将两侧的支撑臂通过通孔ii固定在第一节伸缩杆两侧的固定螺丝ii上，伸缩杆与主支撑架正交，将gps接收机固定在gps接收机固定杆顶部；

(4)将测量尺从测量尺出口拉出，沿着带刻度伸缩杆上表面拉出至带刻度伸缩杆末端，穿过半圆孔，挂上铅锤；

(5)依次伸展第五、四、三、二节伸缩杆，使铅锤处于需要采集断面数据的位置上方，调整两个水准管，使气泡处于中心位置，释放测量尺，使铅锤沉入河底；

(6)通过指北针读取伸缩杆的方位角α；读取伸缩杆的刻度，得到测站点至铅锤位置(待测点)的水平距离l1(单位m)，读取测量尺在固定螺丝i位置处的读数，得到l(单位m)，计算a＝l-l1+h1(h1为接收机固定杆顶端至带刻度伸缩杆上表面垂直距离，固定值0.2m)，即得到接收机距铅锤位置的竖直距离，打开gps手簿的偏移测量，将方位角α、l1(铅锤位置至支撑杆的偏移量)、a分别作为方位角、偏移距离、高度输入到gps-rtk手簿，点击完成，即可得到该铅锤位置的平面跟高程数据；

(7)依次收缩第二节第三节第四节第五节伸缩杆，重复第六步读取数据，即可得到该得到的断面数据。

本发明中，待测点的水深h＝l-l1-h0，h0为支撑杆底端到刻度伸缩杆上表面垂直距离，单位m。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)可以避免直接涉水测量；

(2)可以通过支撑杆、伸缩杆及测量尺的几何关系将gps-rtk得到的坐标、高程传递到河道内需要量测的地形点上，从而得到较精确的三维坐标数据，大大提高数据的精度，为河道水文计算、河道清淤量的计算提供较准确的依据；

(3)本发明较传统的应用船作为载体进行测深杆、测深锤测深或者回声测深仪测深更加灵活、方便且成本更低。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1左视图(省略测量装置)

图3为图2中a处局部放大结构示意图；

图4为图2中b处局部放大结构示意图；

图5为本发明所述支撑臂结构示意图；

图6为本发明所述带刻度伸缩杆主视结构示意图；

图7为第一节伸缩杆俯视结构示意图；

图8为第二节伸缩杆俯视结构示意图；

图9为第三节伸缩杆俯视结构示意图；

图10为第四节伸缩杆俯视结构示意图；

图11为第五节伸缩杆俯视结构示意图；

图12为本发明所述测量装置俯视结构示意图；

图13为本发明所述测量装置内部结构俯视结构示意图；

图中：1、底盘，2、主支撑架，3、调节槽，4、gps接收机固定杆，5、gps接收机，6、带刻度伸缩杆，7、水准气泡i，8、固定螺丝ii，9、测量装置，10、固定连杆，11、指南针，12、水准气泡ii，13、支撑臂，14、插销，15、插槽，16、通孔i，17、圆筒，18、固定螺丝i，19、铅锤，20、半圆孔，21、盒体，22、转轴，23、测量尺，24、手柄，25、调节螺旋，26、通孔ii，27、测量尺出口，28、通孔iii。

具体实施方式

一种高精度偏移定位测深辅助系统，包括底盘1，还包括

主支撑架2，主支撑架2底端与底盘1连接，主支撑架2上设有调节槽3；

gps接收机固定杆4，设于主支撑架2顶端，gps接收机固定杆4上设有gps接收机5；

带刻度伸缩杆6，前端与主支撑架2连接；带刻度伸缩杆6上设有水准气泡i7以及固定螺丝ii8；

测量装置9，通过固定连杆10与主支撑架2上端连接；测量装置9上方设有指南针11，侧面设有水准气泡ii12；

支撑臂13，一端与调节槽3连接，一端与带刻度伸缩杆6连接。

所述底盘1上设有插销14，所述主支撑架2底部设于与插销14相适配的插槽15。

所述主支撑架2为空腔结构，主支撑架2的侧壁上端设有通孔i16，通孔i16下方设有调节槽3；所述固定连杆10一端设有通孔i16。

所述gps接收机固定杆4为空腔结构，gps接收机固定杆4的侧壁下端设有通孔i16。

所述带刻度伸缩杆6前端设有通孔i16，通孔i16内插设有圆筒17，圆筒17设于gps接收机固定杆4空腔内；主支撑架2、gps接收机固定杆4、固定连杆10以及圆筒17通过贯穿通孔i16的固定螺丝i18紧固。

所述的带刻度伸缩杆6至少包括五节伸缩杆，第一节伸缩杆两侧设有水准气泡i7以及固定螺丝ii20。

所述测量装置9包括盒体21，盒体21上设有测量尺出口，盒体21内设有转轴22，转轴22上缠绕有测量尺23，盒体21外设有插销14以及与转轴22连接的手柄24；所述测量尺出口与带刻度伸缩杆6上表面平齐。

所述带刻度伸缩杆6末端设有半圆孔20。

所述测量尺23穿过半圆孔20且末端设有铅锤19。

采用本发明所述的辅助系统进行高精度偏移定位测深，包括以下步骤：

(1)组装主支撑架、测量装置、带刻度伸缩杆、gps接收机固定杆；

(2)将底座放在岸坡与水面界处，踩实，使底盘盘面与水面线持平，将主支撑架底部中心的插槽插入底盘插销；

(3)拉起处于收缩状的带刻度伸缩杆至水平位置，将两侧的支撑臂固定在第一节伸缩杆两侧的固定螺丝ii上，伸缩杆与支撑杆正交，将gps接收机固定在gps接收机固定杆顶部；

(4)将测量尺拉出至带刻度伸缩杆末端，挂上铅锤；

(5)依次伸展第五、四、三、二节伸缩杆，使铅锤处于需要采集断面数据的位置上方，调整两个水准管，使气泡处于中心位置，释放测量尺，使铅锤沉入河底；

(6)通过指北针读取伸缩杆的方位角α；读取伸缩杆的刻度，得到测站点至铅锤位置(待测点)的水平距离l1，读取测量尺在固定螺丝i位置处的读数，得到l，计算a＝l-l1+h1(固定值0.2m)，即得到接收机距铅锤位置的竖直距离，打开gps手簿的偏移测量，将方位角α、l1(铅锤位置至支撑杆的偏移量)、a分别作为方位角、偏移距离、高度输入到gps手簿，点击完成，即可得到该铅锤位置的平面跟高程数据；

(7)依次收缩第二节第三节第四节第五节伸缩杆，重复第六步读取数据，即可得到该得到的断面数据。