河道整治工程水下根石无人船测量方法

技术领域

本发明涉及河道水下整治工程中的水上无人化探测，尤其是涉及一种河道整治工程水下根石无人船测量方法。

背景技术

在大江大河堤防工程中，为保证堤防不受河道直接冲刷，通过调节河势而建设了诸多的河道整治工程，对保障堤防工程安全至关重要。为保障根石安全，基于水声信号的根石探测技术，一定程度上解决了以往依托人工探摸来检测根石走失的工作模式，使水下根石探测上升了一个新的阶段。但目前的根石探测工作仍然存所用根石探测设备较为庞大，必须依靠人工测量船搭载；由于人工水上测量工作的限制，在汛期时无法有效开展水上根石探测工作，而汛期亦是根石最易出险的时间，这使根石探测技术仍存在一定短板，因此研究绿色、智能、安全的新一代根石探测技术十分必要。

发明内容

本发明目的在于提供一种河道整治工程水下根石无人船测量方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述河道整治工程水下根石无人船测量方法，首先，在无人船上搭载信号发生器、纵向振动式水声换能器和激光雷达测距仪；

所述信号发生器，采用FPGA类型信号发生器进行信号发射，将1kHz-7kHz的编码信号通过直流升压器发送至所述纵向振动式水声换能器；

所述纵向振动式水声换能器主频为4KHz，声压≥160dB，发射功率≥500W；

其次，所述无人船通过连接有CORS服务的GPS定位系统，实现对根石探测准确定位；通过设定的控制程序遥控无人船上线，步骤为：

步骤1，在有4G/5G网络区域，利用4G/5G网络实现对无人船远程控制；通过无人船上搭载的路由模块将设备连网，控制终端通过4G/5G网络实现远距离控制，操控人员在现场或办公室内即可对探测数据质量进行把控；

步骤2，在无4G/5G网络区域，通过在现场陆地上和无人船上各设一部电台实现双向通信，现场陆地上的电台设置在搭载有无人船控制系统的移动车上，所移动车跟随无人船进行探测工作，操控人员在移动车上对探测数据质量进行把控；

步骤3，无人船通过激光雷达测距仪计算距离根石距离，同时在水深小于0.5m且距离根石距离小于2m情况下，操控人员遥控无人船避障；

步骤4，在根石测量接近岸边过程中，当测线旋转角度大于160度时，遥控无人船沿原有测线倒车测量，当倒车至距离岸边等于设定距离时原地转弯，进入下一条测线进行探测工作。

所述水声换能器的背部为压电陶瓷片，通过高压信号输入使其发生形变；压电陶瓷产生的形变通过振幅杆进行传递，最后在底面产生能量聚集，以达到换能的目的。

本发明专为水下根石无人化探测而设计，在无人船上建立轻量化的水上根石探测系统，声呐设备总重量低于25kg，以满足无人船搭在需求。基于高能量密度电池和小型化功率放大器，实现能量水下声呐信号发射技术与装备。同时基于无人船摇控技术，实现非稳流状态下的根石自动化探测，使得根石探测摆脱有人探测，实现绿色、高效、安全的根石探测。

附图说明

图1是本发明所述的无人船水下根石探测结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明所述河道整治工程水下根石无人船测量方法，首先，在无人船上搭载信号发生器、纵向振动式水声换能器和激光雷达测距仪。

所述纵向振动式水声换能器的背部为压电陶瓷片，通过高压信号输入使其发生形变；压电陶瓷产生的形变通过振幅杆进行传递，增加振幅杆后振幅得以放大且能量聚集，使输出功率更大，最后在底面产生能量聚集，达到换能的目的；纵向振动式水声换能器主频为4KHz，声压≥160dB，发射功率≥500W。

所述信号发生器，采用FPGA类型信号发生器进行信号发射，将1kHz-7kHz的编码信号通过直流升压器发送至所述纵向振动式水声换能器。

其次，所述无人船通过连接有CORS服务的GPS定位系统，实现对根石探测准确定位；通过设定的控制程序遥控无人船上线，步骤为：

步骤1，在有4G/5G网络区域，利用4G/5G网络实现对无人船远程控制；通过无人船上搭载的路由模块将设备连网，控制终端通过4G/5G网络实现远距离控制，操控人员在现场或办公室内，即可通过手机端和电脑端实现根石探测数据的多平台展示，对探测数据质量进行把控；

步骤2，在无4G/5G网络区域，通过在现场陆地上和无人船上各设一部电台实现双向通信，现场陆地上的电台设置在搭载有无人船控制系统的移动车上，所移动车跟随无人船进行探测工作，操控人员在移动车上对探测数据质量进行把控；

步骤3，无人船通过激光雷达测距仪计算距离根石距离，同时在水深小于0.5m且距离根石距离小于2m情况下，操控人员遥控无人船避障；

步骤4，在根石测量接近岸边过程中，当测线旋转角度大于160度时，遥控无人船沿原有测线倒车测量，当倒车至距离岸边等于设定距离时原地转弯，进入下一条测线进行探测工作。

本发明方法经现场实际测量，无人船水下根石探测结果如图1所示。