号输入端与位于疏浚控制台的可编程控制器的采集系统连接；所述GPS信标机及船舶艏向的电罗经与控制电脑通过数据传输线路相连接，GPS信标机安装于驾驶室顶部，用来获得安装位置处的WGS84坐标；电罗经安装于驾驶室航行台正中间，用来获得相对于大地坐标系的偏移角度；数据通过TCP网关将所有采集到的信息汇传输至数据处理系统中进行数据处理并建立数字地形模型；数字地形模型通过TCP网关传输至图形生成显示系统中生成并显示在人机界面中。
[0013]耙头施工过程中，采用耙臂上安装的上耙管水平角度传感器，上耙管垂直角度传感器和下耙管水平角度传感器、下耙管垂直角度传感器获得的原始电压(Vm)和输出电压(V1)计算角度(A1, Bli, A2, B2),吸口压力传感器(I)获得的原始电压(Vq2)和输出电压(V2)计算吃水，吸口弯管长度(L。)，上耙管(FidF1，长度L1),下耙管(F1F2,长度L2),吸口弯管和船体水平距离(Γι)，计算出耙头深度和水平偏移量:
[0014]耙头距吸口垂直高度(hy):
[0015]hy= h。+Ii1 +h2 = L0 SinB1 + F0H1 + F1H2
[0016]= L0 SinB1 + F0F1 SinB1 + F1F2 SinB2= (L0 + L1) SinB1 + L2 SinB2
[0017]耙头距船体水平距离(ry):
[0018]ry = r0 + T1 + r2= r0 + L1 SinA1 + L2 CosB2 sin (A1，+ A2，)
[0019]= r0 + L1 SinA1 + L2 [ SinA1 (cos2B2 - Sin2A2)1,2+ SinA2 (Cos2B1 - Sin2A1)1/2 ] /CosB1
[0020]耙头实际深度h与耙头距吸口垂直高度hy、吸口压力传感器吃水h3、吸口压力传感器与吸口高度差h4成关系:h=h y +h3 +h4
[0021]辛巴头横移:rx=L1-L1 ((CosB1)2-(SinA1) 2)1/2+
[0022]L2-L2 [ (Cos2B1 - Sin2A1)1/2 (Cos2B2 - Sin2A2)1/2 -SinA1SinA2 ] /CosB1
[0023]耙臂角度Θ (A1, A2，B1, B2)与角度传感器输出电SV1、初始电压Vqi和初始角度Θ。的关系:Θ = K ! (V1 - V01)+ Θ 0
[0024]吸口吃水传感器吃水匕与吸口吃水传感器输出电压V 2、初始电压Vffi和初始吃水h03成关系:h 3 = K2 (V2 - V02) +h03
[0025]通过GPS信标机获得当前安装在船舶上这个点的WGS84坐标，通过换算将该坐标转换为大地坐标。根据GPS安装在船舶上的位置，以船舶的首尾中心线为纵轴，船的尾部垂直中心线为横轴，建立船体的坐标系，获得GPS在这个坐标系中的坐标，通过电罗经的测量，计算获得船舶坐标系相对于大地坐标系的偏移角度。在船体坐标系中，根据GPS的坐标及船体的设计参数，获得耙头在船体坐标系中的坐标。然后通过之前测量的相对偏移角度及船体坐标转换为大地坐标的计算公式，获得耙头的大地坐标(大地经度L、大地玮度B和大地高程H)。
[0026]将耙头施工位置处的大地坐标转换为有序数值阵列(IV1 (X1, Y1, Z1)，i=l, 2，3，---η,}其中(X1, Y1)表示该区域的平面坐标，Zi是(Xi，Yi)对应的高程)表示地面高程，建立数字地形模型(DEM)，利用数学定义的点来表示水下地形的高程变化，将数字地形模型划分为lm*lm的规则网格(网格大小代表数据精度)，将耙头大地坐标的大地高程H赋予给每个网格的高程，如耙头长度为4m，宽度为2m，每次耙头过耙后，都有4*2个网格的高程数据将更新为耙头大地坐标的大地高程H。本实用新型中主要采用多分辨率模型简化技术(LOD)生成地形格网(多分辨率模型简化技术利用人眼的视觉冗余特性，按照视线方向和距离视点的远近及地物本身的复杂程度不同，对地形场景的不同部分采用不同程度的细节层次进行描述。大大的减小了的地形绘制过程中需要处理的三角形数量，加速了地形的实时绘制速度)，将地形格网信息输入到3D绘图编程接口(Direct3D)中进行绘制，并将深度颜色对照表上的颜色值赋到由数字地形模型(DEM)数据所构成的三维模型中。在图形生成显示系统中建立3D环境，绘制出水下3D地形图通过网关传输到疏浚控制台的显示器上显示。
【主权项】
1.耙吸挖泥船施工位置水下3D地形的制作系统，包括一套耙臂设备和位于疏浚控制台的可编程控制器构成的耙臂位置系统，一套获得船舶GPS位置的GPS信标机和船舶艏向的电罗经与控制电脑构成的船舶位置系统，一套计算耙头大地坐标和建立数据模型的数据处理系统以及位于疏浚控制台的图形生成显示系统组成，耙臂上安装有测量耙臂角度的上耙管水平角度传感器、上耙管垂直角度传感器和下耙管水平角度传感器、下耙管垂直角度传感器，检测耙臂吸口状态的吸口压力传感器；驾驶室顶部安装有检测船舶位置的GPS信标机；航行台中间安装有检测船舶艏向的电罗经，其特征是所述上耙管水平角度传感器，上耙管垂直角度传感器和下耙管水平角度传感器、下耙管垂直角度传感器以及吸口压力传感器经过信号电缆和耙臂位置系统的检测信号输入端连接；耙臂位置系统的信号输入端与位于疏浚控制台的可编程逻辑控制器的采集系统相连接；所述GPS信标机和船舶艏向的电罗经与控制电脑通过数据传输线路相连接；疏浚控制台的可编程控制器的采集系统和控制电脑通过网关和数据处理系统连接；数据处理系统通过网关和图形显示系统连接。
【专利摘要】耙吸挖泥船施工位置水下3D地形的制作系统，包括耙臂设备和可编程控制器构成的耙臂位置系统，GPS信标机和电罗经与控制电脑构成的船舶位置系统，数据处理系统以及图形生成显示系统组成，耙臂上安装有测量耙臂角度传感器，检测耙臂吸口状态的吸口压力传感器；驾驶室顶部安装GPS信标机；航行台中间安装电罗经，其特征是角度传感器以及吸口压力传感器经过信号电缆和耙臂位置系统的检测信号输入端连接；耙臂位置系统的信号输入端与可编程逻辑控制器的采集系统相连接；GPS信标机和电罗经与控制电脑通过数据传输线路相连接；可编程控制器的采集系统和控制电脑通过网关和数据处理系统连接；数据处理系统通过网关和图形显示系统连接。
【IPC分类】G01C13/00
【公开号】CN205209490
【申请号】CN201520250239
【发明人】周雨淼, 肖晔, 陈新华, 沈彦超, 杨波
【申请人】中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年4月23日