飞航式测量水深系统的制作方法

1.本实用新型涉及水文测绘技术领域，具体的说，涉及一种飞航式测量水深系统。


背景技术：

2.新世纪人类对江河湖泊的利用达到了前所未有的水平。我国幅员辽阔，境内分布着众多的河流，大量的湖泊。要更好的利用这些水利资源就离不开对其进行调查和监测，水深的测量与监测是其中非常重要的一项内容。水深测量的一个重要功能是测定江、河、湖、库、海底的地形地貌，在水文测绘中测定水流量、泥沙流量时，亦需测量水深以确定过水断面面积。水深监测的准确及时与否，对河运、水力发电站、拦河大坝、防洪救灾等各项内容都有着重要的影响。随着人们了解各水域情况的要求的提高，在越来越多的地方都需要进行水深测量，许多大型鱼塘、水库也都需要进行水深测量。同时准确了解水深，对抗洪抢险、防洪防涝也有着重要的指导意义，在夏季多雨季节，当水位接近水位警戒线时，可以提前组织附近居民撤离危险区域，并且有组织的开关各大水坝，疏导水流，从而更有效的防止和减小洪水的危害。由此可见，测深仪的应用场合广泛，市场前景非常可观。
3.目前，国内外一些科研机构及院校都曾对水深测量做了研究，市面上也出现了不少测量水深的仪器或装置，但是这些仪器或装置往往或多或少会有一些不能满足人们需求的地方，主要表现在以下几个方面：
4.(1) 由于只是测量水深数据，这样用户面对的就只是水深的数据而不能知道是水域哪一点的数据，由于水底地形不一样，这样使很多情况下所测得的数据失去了意义；
5.(2) 传统的测深方法多采用定点、定时等方式，测量河流中某一点或几点的水深，不能做到快速测量整个断面的水深；
6.(3) 即使采用船只搭载测深仪，需要多人配合且测量速度慢，测量效率较低；
7.(4) 河流有冰凌时间段内，无法测量离岸较远处的水深，而此时正是需要了解水下冰凌堆积等情况，传统方法不能解决；
8.(5)往往只能实时显示所测的水深数据，不能保存历史数据，而有时候，用户需要查询历史数据或者通过历史数据进行分析和推测，在这种情况下，仪器就不能满足用户的需求了。
9.目前市面上的测深仪产品，或多或少都有以上的缺点，这些缺点严重影响了我国对丰富的河流海洋资源和水力资源的开发利用。随着计算机技术和 gps 技术的发展，改进传统的作业方法和仪器设备成为可能。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的是提供一种飞航式测量水深系统，本实用新型在无人机本体上搭载超声波测深探头，实时高效探测水深，通过rtk设备定位功能实现测量线路自动巡航水深测量，还具有应急打捞功能。重点解决大江大河游荡性河道或中小河流域汛期无船租用、汊河水下地形难测、河道工程出险突发等问题。
11.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
12.飞航式测量水深系统，包括无人机本体、rtk设备、工作舱、移动终端和云端服务器，rtk设备固定设置在无人机本体的中心支架顶部，工作舱挂装固定在无人机本体的中心支架底部，工作舱内安装有数据采集测控器、无线通信模块和供电模块，工作舱内底部左侧安装有激光测距模块，工作舱的底板左侧部对应激光测距模块位置开设有安装孔，激光测距模块的测量头向下匹配穿设在安装孔中，工作舱上安装有摄像头模块，工作舱内底部中心安装有微型电动卷扬机，工作舱的底板中心开设有通孔，微型电动卷扬机的卷筒上缠绕有承力电缆，承力电缆的一端固定在微型电动卷扬机的卷筒上并与数据采集测控器连接，承力电缆的另一端从微型电动卷扬机的卷筒上放出并向下穿过通孔伸出工作舱，承力电缆的另一端连接有位于工作舱正下方的超声波测深探头，超声波测深探头通过承力电缆与数据采集测控器信号连接，数据采集测控器通过通信电缆分别与激光测距模块和微型电动卷扬机信号连接，无人机本体、数据采集测控器、rtk设备和摄像头模块均通过无线通信模块分别与移动终端和云端服务器无线传输连接，供电模块分别与rtk设备、数据采集测控器和微型电动卷扬机电性连接。
13.摄像头模块包括前视摄像头和下视摄像头，前视摄像头安装在工作舱的前侧板中部，下视摄像头安装在工作舱的底板右侧部，前视摄像头和下视摄像头均通过无线通信模块分别与移动终端和云端服务器信号连接。
14.无人机本体为六轴多旋翼无人机，无人机本体的机身底部设置有折叠式起落架。
15.工作舱的顶板四侧边沿设有用于与无人机本体的中心支架固定连接的法兰，工作舱的侧板上设有百叶窗结构的散热孔。
16.通孔和微型电动卷扬机的卷筒之间的承力电缆上设有易断节点，易断节点的下端处的承力电缆上连接有收纳在工作舱内底部的应急漂浮气囊。
17.无线通信模块为带有远程数传天线的无线wifi模块，远程数传天线水平向右穿过工作舱的右侧板而伸出工作舱。
18.本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体地说，本实用新型的工作流程为：
19.（1）、对起飞点事先进行考察，要求现场比较平坦，没有电线、高层建筑等，并提前确定好航拍架次及顺序；
20.（2）、航测前，首先观察测量地点的气候条件，掌握当日天气情况，并观察云层厚度、光照和空气能见度，确定天气状况、云层分布情况适合航拍后，现场对该飞航式测量水深系统进行检查，安装打开时需检查无人机本体和超声波测深探头等各部件是否连接紧密，供电接线是否正确连接，电力是否充足；
21.（3）、检查确认无人机本体机臂、螺旋桨以及rtk设备安装正确，并且无人机本体机臂已展开，遥控器和无人机本体连接正常；
22.（4）、通过遥控器人工操控无人机本体或者在移动终端上设定无人机本体的自动巡航参数（飞行高度、区域和测量路线），使无人机本体飞到指定测量地点，然后工作人员使用移动终端通过无线通信方式发送控制指令给数据采集测控器，数据采集测控器控制微型电动卷扬机放卷承力电缆，将超声波测深探头放落到水面下，则应急漂浮气囊也会随承力电缆从工作舱中向下移出，数据采集测控器通过微型电动卷扬机记录承力电缆放出的长
度，超声波测深探头开始测量并将测量数据通过承力电缆传给数据采集测控器，测得超声波测深探头到水底距离，同时，激光测距模块测量工作舱到水面距离并将测量数据通过通信电缆传给数据采集测控器，数据采集测控器对采集到的数据进行处理：利用承力电缆放出的长度减去工作舱到水面距离，得到超声波测深探头浸入水中深度，此深度加上超声波测深探头到水底距离就可以计算出水面到水底的距离，即可得到测量地点水深数据，数据采集测控器将得到的测量地点水深数据通过无线通信模块分别传输给移动终端和云端服务器并进行存储；该飞航式测量水深系统飞行和测量过程中，rtk设备对无人机本体航高、航速、飞行轨迹等信息进行监测并将监测信息无线传输给移动终端和云端服务器，同时前视摄像头和下视摄像头实时观测无人机本体飞行前方和下方环境情况，并监控超声波测深探头测深工作过程，前视摄像头和下视摄像头通过无线通信模块实时传输图像分别给移动终端和云端服务器，工作人员便可通过移动终端上实时查看测量地点水深数据、rtk设备监测到的无人机本体飞行信息以及前视摄像头和下视摄像头拍摄的图像，直观看到测量线路处水下地形；
23.（5）该飞航式测量水深系统在整个测量线路上测量完毕后，控制微型电动卷扬机收卷承力电缆，将超声波测深探头从水中提出并收起至初始状态，无人机本体飞回指定的降落地点。
24.当超声波测深探头在水中被水草或漂浮物缠绕无法收回时，微型电动卷扬机收卷承力电缆吃力将会使承力电缆放出段受拉，当承力电缆放出段受到拉力达到一定值时，承力电缆的易断节点则会断开，无人机本体自行返回，应急漂浮气囊便会掉落到水面上自动充气，应急漂浮气囊漂浮在水面上且颜色醒目，方便工作人员打捞超声波测深探头。
25.数据采集测控器采集得到的水深数据存储在移动终端和云端服务器中，方便后期进行数据分析、比对和信息发布。
26.综上所述，本实用新型在无人机本体上搭载超声波测深探头，实时高效探测水深，通过rtk设备定位功能实现测量线路自动巡航水深测量，还具有应急打捞功能。
附图说明
27.图1是本实用新型的结构示意图。
28.图2是本实用新型的工作原理框图。
具体实施方式
29.以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
30.如图1和2所示，飞航式测量水深系统，包括无人机本体1、rtk设备2、工作舱3、移动终端4和云端服务器5，rtk设备2固定设置在无人机本体1的中心支架顶部，工作舱3挂装固定在无人机本体1的中心支架底部，工作舱3内安装有数据采集测控器6、无线通信模块7和供电模块8，工作舱3内底部左侧安装有激光测距模块9，工作舱3的底板左侧部对应激光测距模块9位置开设有安装孔，激光测距模块9的测量头向下匹配穿设在安装孔中，工作舱3上安装有摄像头模块10，工作舱3内底部中心安装有微型电动卷扬机11，工作舱3的底板中心开设有通孔，微型电动卷扬机11的卷筒上缠绕有承力电缆12，承力电缆12的一端固定在微型电动卷扬机11的卷筒上并与数据采集测控器6连接，承力电缆12的另一端从微型电动卷
扬机11的卷筒上放出并向下穿过通孔伸出工作舱3，承力电缆12的另一端连接有位于工作舱3正下方的超声波测深探头13，超声波测深探头13通过承力电缆12与数据采集测控器6信号连接，数据采集测控器6通过通信电缆分别与激光测距模块9和微型电动卷扬机11信号连接，无人机本体1、数据采集测控器6、rtk设备2和摄像头模块10均通过无线通信模块7分别与移动终端4和云端服务器5无线传输连接，供电模块8分别与rtk设备2、数据采集测控器6和微型电动卷扬机11电性连接。
31.摄像头模块10包括前视摄像头14和下视摄像头15，前视摄像头14安装在工作舱3的前侧板中部，下视摄像头15安装在工作舱3的底板右侧部，前视摄像头14和下视摄像头15均通过无线通信模块7分别与移动终端4和云端服务器5信号连接。
32.无人机本体1为六轴多旋翼无人机，无人机本体1的机身底部设置有折叠式起落架16。
33.工作舱3的顶板四侧边沿设有用于与无人机本体1的中心支架固定连接的法兰，工作舱3的侧板上设有百叶窗结构的散热孔（方便工作舱3内部散热）。
34.通孔和微型电动卷扬机11的卷筒之间的承力电缆12上设有易断节点，易断节点的下端处的承力电缆12上连接有收纳在工作舱3内底部的应急漂浮气囊17。易断节点属于常规设置，易断节点处的强度小于承力电缆12的其它段强度。
35.无线通信模块7为带有远程数传天线18的无线wifi模块，远程数传天线18水平向右穿过工作舱3的右侧板而伸出工作舱3。
36.无人机本体1、rtk设备2、移动终端4、云端服务器5、数据采集测控器6、无线通信模块7、供电模块8、激光测距模块9、微型电动卷扬机11、超声波测深探头13、前视摄像头14、下视摄像头15、折叠式起落架16、应急漂浮气囊17和远程数传天线18均为常规技术，具体构造和工作原理不再赘述；移动终端4可以是手机或平板电脑等，数据采集测控器6可以是plc控制器。本实用新型中的控制及信号传输技术均为现有技术，不涉及新的计算机程序。
37.本实用新型的工作流程为：
38.（1）、对起飞点事先进行考察，要求现场比较平坦，没有电线、高层建筑等，并提前确定好航拍架次及顺序；
39.（2）、航测前，首先观察测量地点的气候条件，掌握当日天气情况，并观察云层厚度、光照和空气能见度，确定天气状况、云层分布情况适合航拍后，现场对该飞航式测量水深系统进行检查，安装打开时需检查无人机本体1和超声波测深探头13等各部件是否连接紧密，供电接线是否正确连接，电力是否充足；
40.（3）、检查确认无人机本体1机臂、螺旋桨以及rtk设备2安装正确，并且无人机本体1机臂已展开，遥控器和无人机本体1连接正常；
41.（4）、通过遥控器人工操控无人机本体1或者在移动终端4上设定无人机本体1的自动巡航参数（飞行高度、区域和测量路线）使无人机本体1飞到指定测量地点，然后工作人员使用移动终端4通过无线通信方式发送控制指令给数据采集测控器6，数据采集测控器6控制微型电动卷扬机11放卷承力电缆12，将超声波测深探头13放落到水面下，则应急漂浮气囊17也会随承力电缆12从工作舱3中向下移出，数据采集测控器6通过微型电动卷扬机11记录承力电缆12放出的长度，超声波测深探头13开始测量并将测量数据通过承力电缆12传给数据采集测控器6，测得超声波测深探头13到水底距离，同时，激光测距模块9测量工作舱3
到水面距离并将测量数据通过通信电缆传给数据采集测控器6，数据采集测控器6对采集到的数据进行处理：利用承力电缆12放出的长度减去工作舱3到水面距离，得到超声波测深探头13浸入水中深度，此深度加上超声波测深探头13到水底距离就可以计算出水面到水底的距离，即可得到测量地点水深数据，数据采集测控器6将得到的测量地点水深数据通过无线通信模块7分别传输给移动终端4和云端服务器5并进行存储；该飞航式测量水深系统飞行和测量过程中，rtk设备2对无人机本体1航高、航速、飞行轨迹等信息进行监测并将监测信息无线传输给移动终端4和云端服务器5，同时前视摄像头14和下视摄像头15实时观测无人机本体1飞行前方和下方环境情况，并监控超声波测深探头13测深工作过程，前视摄像头14和下视摄像头15通过无线通信模块7实时传输图像分别给移动终端4和云端服务器5，工作人员便可通过移动终端4上实时查看测量地点水深数据、rtk设备2监测到的无人机本体1飞行信息以及前视摄像头14和下视摄像头15拍摄的图像，直观看到测量线路处水下地形；
42.（5）该飞航式测量水深系统在整个测量线路上测量完毕后，控制微型电动卷扬机11收卷承力电缆12，将超声波测深探头13从水中提出并收起至初始状态，无人机本体1飞回指定的降落地点。
43.当超声波测深探头13在水中被水草或漂浮物缠绕无法收回时，微型电动卷扬机11收卷承力电缆12吃力将会使承力电缆12放出段受拉，当承力电缆12放出段受到拉力达到一定值时，承力电缆12的易断节点则会断开，无人机本体1自行返回，应急漂浮气囊17便会掉落到水面上自动充气，应急漂浮气囊17漂浮在水面上且颜色醒目，方便工作人员打捞超声波测深探头13。
44.数据采集测控器6采集得到的水深数据存储在移动终端4和云端服务器5中，方便后期进行数据分析、比对和信息发布。
45.综上所述，本实用新型在无人机本体1上搭载超声波测深探头13，实时高效探测水深，通过rtk设备2定位功能实现测量线路自动巡航水深测量，还具有应急打捞功能。
46.以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

技术特征：
1.飞航式测量水深系统，其特征在于：包括无人机本体、rtk设备、工作舱、移动终端和云端服务器，rtk设备固定设置在无人机本体的中心支架顶部，工作舱挂装固定在无人机本体的中心支架底部，工作舱内安装有数据采集测控器、无线通信模块和供电模块，工作舱内底部左侧安装有激光测距模块，工作舱的底板左侧部对应激光测距模块位置开设有安装孔，激光测距模块的测量头向下匹配穿设在安装孔中，工作舱上安装有摄像头模块，工作舱内底部中心安装有微型电动卷扬机，工作舱的底板中心开设有通孔，微型电动卷扬机的卷筒上缠绕有承力电缆，承力电缆的一端固定在微型电动卷扬机的卷筒上并与数据采集测控器连接，承力电缆的另一端从微型电动卷扬机的卷筒上放出并向下穿过通孔伸出工作舱，承力电缆的另一端连接有位于工作舱正下方的超声波测深探头，超声波测深探头通过承力电缆与数据采集测控器信号连接，数据采集测控器通过通信电缆分别与激光测距模块和微型电动卷扬机信号连接，无人机本体、数据采集测控器、rtk设备和摄像头模块均通过无线通信模块分别与移动终端和云端服务器无线传输连接，供电模块分别与rtk设备、数据采集测控器和微型电动卷扬机电性连接。2.根据权利要求1所述的飞航式测量水深系统，其特征在于：摄像头模块包括前视摄像头和下视摄像头，前视摄像头安装在工作舱的前侧板中部，下视摄像头安装在工作舱的底板右侧部，前视摄像头和下视摄像头均通过无线通信模块分别与移动终端和云端服务器信号连接。3.根据权利要求1所述的飞航式测量水深系统，其特征在于：无人机本体为六轴多旋翼无人机，无人机本体的机身底部设置有折叠式起落架。4.根据权利要求1所述的飞航式测量水深系统，其特征在于：工作舱的顶板四侧边沿设有用于与无人机本体的中心支架固定连接的法兰，工作舱的侧板上设有百叶窗结构的散热孔。5.根据权利要求1所述的飞航式测量水深系统，其特征在于：通孔和微型电动卷扬机的卷筒之间的承力电缆上设有易断节点，易断节点的下端处的承力电缆上连接有收纳在工作舱内底部的应急漂浮气囊。6.根据权利要求1所述的飞航式测量水深系统，其特征在于：无线通信模块为带有远程数传天线的无线wifi模块，远程数传天线水平向右穿过工作舱的右侧板而伸出工作舱。

技术总结
飞航式测量水深系统，包括无人机本体、RTK设备、工作舱、移动终端和云端服务器，RTK设备固定设置在无人机本体的中心支架顶部，工作舱挂装固定在无人机本体的中心支架底部，工作舱内安装有数据采集测控器、无线通信模块和供电模块，工作舱内底部左侧安装有激光测距模块，工作舱上安装有摄像头模块，工作舱内底部中心安装有微型电动卷扬机，微型电动卷扬机的卷筒上缠绕有承力电缆，承力电缆的另一端连接有超声波测深探头。本实用新型在无人机本体上搭载超声波测深探头，实时高效探测水深，通过RTK设备定位功能实现测量线路自动巡航水深测量，还具有应急打捞功能。具有应急打捞功能。具有应急打捞功能。


技术研发人员：张宝森 郭进军 张小侠 李春江 邓宇 轩子涵 谢志刚 岳瑜素 栗铭阳 郑晔 祁福川 陈冲 孔德志 王静雯 高宇翔
受保护的技术使用者：黄河水利委员会黄河水利科学研究院
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/3