號輸入端與位于疏浚控制臺的可編程控制器的采集系統連接；所述GPS信標機及船舶艏向的電羅經與控制電腦通過數據傳輸線路相連接，GPS信標機安裝于駕駛室頂部，用來獲得安裝位置處的WGS84坐標；電羅經安裝于駕駛室航行臺正中間，用來獲得相對于大地坐標系的偏移角度；數據通過TCP網關將所有采集到的信息匯傳輸至數據處理系統中進行數據處理并建立數字地形模型；數字地形模型通過TCP網關傳輸至圖形生成顯示系統中生成并顯示在人機界面中。
[0013]耙頭施工過程中，采用耙臂上安裝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獲得的原始電壓(Vm)和輸出電壓(V1)計算角度(A1, Bli, A2, B2),吸口壓力傳感器(I)獲得的原始電壓(Vq2)和輸出電壓(V2)計算吃水，吸口彎管長度(L。)，上耙管(FidF1，長度L1),下耙管(F1F2,長度L2),吸口彎管和船體水平距離(Γι)，計算出耙頭深度和水平偏移量:
[0014]耙頭距吸口垂直高度(hy):
[0015]hy= h。+Ii1 +h2 = L0 SinB1 + F0H1 + F1H2
[0016]= L0 SinB1 + F0F1 SinB1 + F1F2 SinB2= (L0 + L1) SinB1 + L2 SinB2
[0017]耙頭距船體水平距離(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]耙頭實際深度h與耙頭距吸口垂直高度hy、吸口壓力傳感器吃水h3、吸口壓力傳感器與吸口高度差h4成關系:h=h y +h3 +h4
[0021]辛巴頭橫移: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)與角度傳感器輸出電SV1、初始電壓Vqi和初始角度Θ。的關系:Θ = K ! (V1 - V01)+ Θ 0
[0024]吸口吃水傳感器吃水匕與吸口吃水傳感器輸出電壓V 2、初始電壓Vffi和初始吃水h03成關系:h 3 = K2 (V2 - V02) +h03
[0025]通過GPS信標機獲得當前安裝在船舶上這個點的WGS84坐標，通過換算將該坐標轉換為大地坐標。根據GPS安裝在船舶上的位置，以船舶的首尾中心線為縱軸，船的尾部垂直中心線為橫軸，建立船體的坐標系，獲得GPS在這個坐標系中的坐標，通過電羅經的測量，計算獲得船舶坐標系相對于大地坐標系的偏移角度。在船體坐標系中，根據GPS的坐標及船體的設計參數，獲得耙頭在船體坐標系中的坐標。然后通過之前測量的相對偏移角度及船體坐標轉換為大地坐標的計算公式，獲得耙頭的大地坐標(大地經度L、大地瑋度B和大地高程H)。
[0026]將耙頭施工位置處的大地坐標轉換為有序數值陣列(IV1 (X1, Y1, Z1)，i=l, 2，3，---η,}其中(X1, Y1)表示該區域的平面坐標，Zi是(Xi，Yi)對應的高程)表示地面高程，建立數字地形模型(DEM)，利用數學定義的點來表示水下地形的高程變化，將數字地形模型劃分為lm*lm的規則網格(網格大小代表數據精度)，將耙頭大地坐標的大地高程H賦予給每個網格的高程，如耙頭長度為4m，寬度為2m，每次耙頭過耙后，都有4*2個網格的高程數據將更新為耙頭大地坐標的大地高程H。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(多分辨率模型簡化技術利用人眼的視覺冗余特性，按照視線方向和距離視點的遠近及地物本身的復雜程度不同，對地形場景的不同部分采用不同程度的細節層次進行描述。大大的減小了的地形繪制過程中需要處理的三角形數量，加速了地形的實時繪制速度)，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。在圖形生成顯示系統中建立3D環境，繪制出水下3D地形圖通過網關傳輸到疏浚控制臺的顯示器上顯示。
【主權項】
1.耙吸挖泥船施工位置水下3D地形的制作系統，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。
【專利摘要】耙吸挖泥船施工位置水下3D地形的制作系統，包括耙臂設備和可編程控制器構成的耙臂位置系統，GPS信標機和電羅經與控制電腦構成的船舶位置系統，數據處理系統以及圖形生成顯示系統組成，耙臂上安裝有測量耙臂角度傳感器，檢測耙臂吸口狀態的吸口壓力傳感器；駕駛室頂部安裝GPS信標機；航行臺中間安裝電羅經，其特征是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可編程邏輯控制器的采集系統相連接；GPS信標機和電羅經與控制電腦通過數據傳輸線路相連接；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。
【IPC分類】G01C13/00
【公開號】CN205209490
【申請號】CN201520250239
【發明人】周雨淼, 肖曄, 陳新華, 沈彥超, 楊波
【申請人】中交疏浚技術裝備國家工程研究中心有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年4月23日