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    無人船在水下地形測量中是怎樣應用的?
    作者:    時間: 2019-08-28    浏覽量:780
    随着社會的發展,地理信息數據在國民經濟發展、政府規劃決策、人民日常出行中扮演越來越重要的角色。陸地地理信息數據的獲取,随着光學測量,衛星定位系統,無人機攝影測量,三維激光掃描等技術在陸地地理信息數據的廣泛應用和發展,陸地地理信息數據的獲取越來越簡單,定位精度越來越精确,地物信息越來越豐富。而水下地形數據的獲取,卻有些遲滞不前。水域測量傳統的作業方式是有人船搭載測深儀和RTK進行測量。淺灘,近岸,灘塗地區,直接人工RTK進行測量。


    水域測量傳統作業方式:測深儀+rtk


    傳統水下地形測量作業方式有以下幾個問題:
    1、由于有人船的吃水問題,一些淺灘,灘塗無法到達,導緻無法保證水域的全覆蓋測量;
    2、有人船測量時,很難保證船體穩定,易産生晃動移位,導緻測量精度降低和位置偏移;
    3、某些複雜環境,對船和人有危險,安全性得不到保證;
    4、有人船或者人工涉水測量,容易造成測量區域漏測,少測。

    傳統水下測量作業方式存在上述這些問題,無人船測量系統在這種背景下應運而生了。本文詳細介紹利用華測華微3号無人船測量系統GNSS RTK系統對天津市甯河區某地區4.5平方公裡魚塘水域水下地形測量。

    測區概況
    測區長約3km,寬約1.5km,測區面積約4.5km^2。測區内分布大大小小魚塘30幾個,大一些的魚塘面積0.2-0.3km^2,一般的魚塘面積在0.1-0.15km^2左右。魚塘内水深較淺,平均水深在2米左右,最淺的地區隻有30-50厘米。
    如果使用有人船測量,搬船遷站都很困難,水淺區域也無法測量。使用簡易橡皮筏子,測量效率低,人員安全也是問題。華微3号無人船,體積小,重量輕,吃水淺,攜帶運輸方便,結合RTK可進行無驗潮水下地形測量,為本次測區水下地形成果的成功交付發揮了至關重要的作用。測區概況見下圖:

    天津市甯河區某地區4.5平方公裡魚塘水域水下地形測量

    無人測量船系統
    華微3号無人測量船,是基于無人駕駛遙控船為載體,集成了控制系統,動力推進系統,無線通訊系統,衛星定位導航系統,測深系統等,可快速,精确地獲取水下地形數據,可廣泛應用于中小河流,湖泊,水庫,港灣,近海區域測量或測速工作。

    華測導航華微3号無人船

    華微3号總長1米,自重隻有7KG。6m/s的最大速度,3m/s的自動導航速度,手動自動兩種模式切換,根據不同的工作環境,可以選擇合适的操作方式。最高航速6m/s,續航時間6小時。通信系統主要由無人船數據傳輸天線,網橋和遙控器組成。
    測量數據由無人船傳輸天線經網橋傳輸到地面工作站中,無人船工作過程中可實時通過地面工作站和遙控器進行控制。GNSS RTK衛星定位系統和測深儀,組成一套完整的水下地形測量系統。

    GNSS RTK基準站(登錄CORS模式可不用架設)
    GNSS RTK基準站(登錄CORS模式可不用架設)
    無人船測量系統(無人船載體+RTK+測深儀)
    無人船測量系統(無人船載體+RTK+測深儀)

    地面工作站和網橋架設
    地面工作站和網橋架設

    水下地形測量
    1、布設控制點
    在整個測區做六個控制點,使用華測X9 GNSS RTK,登錄TJ-CORS,依次測量六個控制點。每個控制點,觀測180秒,觀測三次,取平均數後獲取每個控制點的WGS84經緯度坐标。六個控制點采集完成後,把六個控制點WGS84經緯度坐标發送給CORS中心。CORS中心解算後發回六個控制點的天津90平面坐标和2015年大沽高程。


    控制點在測區的分布圖

    控制點在測區的分布圖
    RTK測量控制點
    RTK測量控制點

    2、架設基準站,求坐标轉換參數
    打開RTK手簿,利用下圖六個控制點進行點校正,計算出坐标系轉換參數。架設基站,移動站采集控制點,驗證精度。

    控制點坐标
    控制點坐标
    RTK基準站架設
    基準站架設

    3、設備聯通及測試
    架設無人船網橋和地面工作站,将GNSS RTK移動站安裝在無人船上,無人船開機後,查看GPS定位模塊和兩個舵機是否工作正常。然後将無人船下水,地面工作站打開無人船測深儀換能器,通過水深軟件查看是否有水深數據。打開導航測圖軟件,建立工程項目,連通RTK和測深儀,設置船體吃水深度,将RTK手簿坐标系參數輸入進去。準備工作完成後,查看坐标數據與手簿坐标是否一緻。


    無人船下水

    無人船下水
    水深數據顯示
    水深數據顯示
    導航軟件查看無人船定位狀态
    導航軟件查看無人船定位狀态

    4、手動圈邊界和自動規劃航線
    使用遙控器,控制無人船按照魚塘水域跑一圈,圈定無人船自動測量的範圍。地面工作站,根據測區範圍規劃無人船自動測量的航線。

    手動測量圈的魚塘邊界
    手動測量圈的魚塘邊界
    規劃航線
    規劃航線

    5、無人船按照規劃航線自動航行測量


    無人船自動航行工作模式

    無人船自動航行工作模式

    6、成果後處理
    (1)水深取樣
    将測量完的數據按照成果要求,進行采樣。采樣前,将數據做平滑處理或者參考波形圖文件做參考處理。最後根據項目需求,選擇合适的采樣間隔。

    水深點采樣界面
    水深點采樣界面

    (2)導出成果
    經過後處理,測量成果可以導出為需要的格式

    導出成果

    (3)成果展示

    水下地形三維模式展示
    三維模式展示
    谷歌地球格式
    谷歌地球格式


    (4)無人船自動測量與人工RTK測量數據比較

    無人船自動測量與人工RTK測量數據比較

    所有測量數據在CASS軟件中展點後效果圖

    所有測量數據在CASS軟件中展點後效果圖

    文章授權轉載于天成華海版權歸原作者所有

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