耙吸挖泥船施工位置水下3d地形的制作系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于航道疏浚應用系統，尤其是為耙吸挖泥船施工提供水下3D地形的系統。
【背景技術】
[0002]目前使用的比較先進的水深測量設備是多波束測深系統，其顯著特點是能一次發射和接收一列波束，在測量船速等因素控制得當的情況下，多波束測深儀可以對一個區域進行全覆蓋的面測深，提高了測量船測量的作業效率，為水深測量提供了便利。但由于多波束測深系統需要由多傳感器協同進行水深測量，觀測值多，誤差來源也多(如定位和測深的延時影響，海底地形影響，天氣條件，儀器的安裝方式，疏浚處理方法，水深篩選原則等產生的誤差)，參數測定的準確性與工作環境的惡劣程度，都在很大程度上影響測深結果的質量，從而影響到水底地形的準確顯示。
[0003]傳統的水下地形顯示使用測量船測量結果制作，不具有實時效應，并且由于測量船測量過程中產生的誤差造成最后制作的水下地形與絞吸船正式施工時的海底地形存在較大差異。
[0004]現有的先進耙吸挖泥船上已經安裝了多波束發射接收換能器陣(聲吶探頭)，多波束信號控制處理電子系統，提供大地坐標的DGPS差分衛星定位系統(GPS信標機)，提供耙吸船艏向的電羅經，提供耙吸船橫搖，縱搖，沉降等姿態數據的傳感器。多波束測深系統采用廣角度和多信道定向接收技術，獲得水下高密度條幅式海底地形數據。利用發射換能器陣列向海底發射寬扇區覆蓋的聲波，利用接收換能器陣列對聲波進行窄波束接收，通過發射、接收扇區指向的正交性形成對海底地形的照射腳印，對這些腳印進行恰當的處理，一次探測就能給出與航向垂直的垂面內上百個的海底被測點的水深值，測出沿航線一定寬度內水下目標的大小、形狀和高低變化，描繪出海底地形的三維特征。測量過程中多波束系統安裝過程中存在的橫向角度和縱向角度引起的橫搖偏差和縱搖偏差，船只航行時引起的導航延遲和電羅經偏差，潮位(參考基準面)的變化，海水介質聲速結構的變化都會導致測點的位移，從而影響到海底測深精度，導致海底形態的畸變。
【發明內容】
[0005]本實用新型需要解決的問題是提供一種在不同情況下的施工現場，排除多波束測深系統探測誤差，直接通過耙吸挖泥船耙頭施工位置生成水下3D地形的制作系統。
[0006]本實用新型的技術方案包括一套耙臂設備和位于疏浚控制臺的可編程控制器構成的耙臂位置系統，一套獲得船舶GPS位置的GPS信標機和船舶艏向的電羅經與控制電腦構成的船舶位置系統，一套計算耙頭大地坐標和建立數據模型的數據處理系統以及位于疏浚控制臺的圖形生成顯示系統組成，耙臂上安裝有測量耙臂角度的上耙管水平角度傳感器、上耙管垂直角度傳感器和下耙管水平角度傳感器、下耙管垂直角度傳感器，檢測耙臂吸口狀態的吸口壓力傳感器；駕駛室頂部安裝有檢測船舶位置的GPS信標機；航行臺中間安裝有檢測船舶艏向的電羅經，其特征是所述上耙管水平角度傳感器，上耙管垂直角度傳感器和下耙管水平角度傳感器、下耙管垂直角度傳感器以及吸口壓力傳感器經過信號電纜和耙臂位置系統的檢測信號輸入端連接；耙臂位置系統的信號輸入端與位于疏浚控制臺的可編程邏輯控制器(PLC)的采集系統相連接；所述GPS信標機和船舶艏向的電羅經與控制電腦通過數據傳輸線路相連接；疏浚控制臺的可編程控制器的采集系統和控制電腦通過網關和數據處理系統連接；數據處理系統通過網關和圖形顯示系統連接。
[0007]本實用新型的有益技術效果:基于上述技術方案能夠通過計算出耙頭的大地坐標，應用Direct3D技術生成水下3D地形圖。在耙吸船施工過程中，由上耙管水平角度傳感器，上耙管垂直角度傳感器和下耙管水平角度傳感器、下耙管垂直角度傳感器檢測上耙管和下耙管的角度變化計算出耙頭相對于吸口的高度，由吸口壓力傳感器檢測的壓力變化計算出吸口深度，由耙頭相對吸口高度和吸口深度計算出耙頭實際深度，由吸口彎管和船體水平距離和耙管角度計算出耙頭距船體水平距離，結合船體參數和耙臂的設計參數可以計算出耙頭在船體坐標系中的位置；基于船舶位置系統中安裝的GPS信標機和電羅經，獲得GPS信標機的大地坐標和船體所在坐標系相對于大地坐標系的偏移角度。結合之前計算出耙頭在船體坐標系中的位置和偏移角度可以將耙頭在船體坐標系中的位置轉換為大地坐標系并計算出耙頭的大地坐標。將耙頭施工位置處的大地坐標轉換為有序數值陣列表示地面高程，建立數字地形模型(DEM)，本實用新型中用數學定義的點來表示水下地形的高程變化，利用耙頭的大地坐標建立數字地形模型(DEM)。本實用新型中主要采用多分辨率模型簡化技術(LOD)生成地形格網，將地形格網信息輸入到3D繪圖編程接口(Direct3D)中進行繪制，并將深度顏色對照表上的顏色值賦到由數字地形模型(DEM)數據所構成的三維模型中。本實用新型直接采用耙頭位置來建立水下數字地形模型，可以有效的減少使用多波束測深系統中由于水體運動引起的數據失真，水體異物產生的回波影響，聲波二次反射引起的數據失真，水下特殊地形引起的數據失真，聲速剖面采用不同經驗模型引起的數據誤差等因素造成的問題，可以減少多波束測深系統后期需要進行數據處理從而引起的進一步數據失真問題。通過網格中頂點位置的高度的不同利用深度顏色對照表進行渲染，采用的數字地形模型(DEM)使得計算機可以通過不同層次的分辨率來描述地形表示，采用多分辨率模型簡化技術(LOD)生成地形格網，可以在特定的分辨率下用更少的空間和時間更精確的實時表現更復雜的水下地形，減少數據處理時間實現耙吸船施工過程中水下地形實時顯示。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型的原理圖。
[0009]圖2是耙臂的上耙管與下耙管幾何參數示意圖。
[0010]圖3是耙臂側視圖。
[0011]圖4是耙臂俯視圖。
【具體實施方式】
[0012]本實施方式包括有一套耙臂設備和位于疏浚控制臺的可編程控制器構成的耙臂位置系統，一套獲得船舶GPS位置的GPS信標機和船舶艏向的電羅經與控制電腦構成的船舶位置系統，一套計算耙頭大地坐標和建立數據模型的數據處理系統以及位于疏浚控制臺的圖形生成顯示系統組成。耙臂上安裝有測量耙臂角度的上耙管水平角度傳感器、上耙管垂直角度傳感器和下耙管水平角度傳感器、下耙管垂直角度傳感器，檢測耙臂吸口狀態的吸口壓力傳感器，上述各個傳感器的安裝位置是:上耙管垂直角度傳感器(2)安裝于上耙管側邊垂直處，用來測量上耙管垂直角度；上耙管水平角度傳感器(3)安裝于上耙管水平面處，用來測量上耙管水平角度；下耙管垂直角度傳感器(5)安裝于下耙管側邊垂直處，用來測量下耙管垂直角度；下耙管水平角度傳感器(4)安裝于下耙管水平面處，用來測量下耙管水平角度；吸口壓力傳感器(I)安裝于吸口處，用來計算當前吸口深度；上述各個傳感器經過信號電纜與耙臂位置系統的檢測信號輸入端連接；耙臂位置系統的檢測信