[发明专利]一种潮间带水下地形测绘方法

摘要

本发明提供了一种潮间带水下地形测绘方法，包括测绘装置，测绘装置包括载体车，载体车上设置有卫星定位系统、惯性导航系统、编码器和单波束测深系统，编码器和单波束测深系统设在载体车的后端，编码器上倾斜的连接有固定杆，固定杆的后端设置有拖球。单波束测深系统与拖球相结合，单波束测深部分主要用于水深较深区域的地形测绘，拖球用于浅水区域测绘，通过测深系统坐标系到载体车坐标系的转换，载体坐标系到当地水平坐标系的转换，当地水平坐标系到大地坐标系的转换，方便、高效的完成潮间带水下地形测绘，有效地填补了这一领域的空白。

主权项

1.一种潮间带水下地形测绘方法，其特征在于，包括测绘装置，测绘装置包括载体车，载体车上设置有卫星定位系统、惯性导航系统、编码器和单波束测深系统，编码器和单波束测深系统设在载体车的后端，编码器上倾斜的连接有固定杆，固定杆的后端设置有拖球；测绘方法包括以下步骤：步骤1：在水深较深处使用单波束测深系统进行测深，在水深较浅处使用拖球进行测深；定义单波束测深系统测得的点坐标和拖球测得的点坐标都为测深系统坐标系下的测深点坐标；进行测深系统坐标系到载体车坐标系的转换；两个坐标系的转换需要确定三个角元素和三个原点平移参数，角元素和原点平移参数通过标定及传感器的安装校准获得，转换公式如下：X_V＝X_l+R_V·X_T；式中，X_T为测深系统坐标系下的测深点坐标，X_V为载体车坐标系下的点坐标，X_l为平移参数，R_V为旋转矩阵；式中，R_y(‑ω)、R_z(κ)为三个坐标轴对应的独立旋转矩阵，ω、κ分别为横摇偏差角、纵摇偏差角、船首向偏差角，即三个角元素；设测深系统坐标系以前进方向为y轴正方向，向右为x轴正方向，向上为z轴正方向；则拖球测得的测深点在拖球测深系统坐标系中的坐标为X_T1(‑lsinβ，‑lcosβ，‑lcosα)，其中，l为固定杆当前长度，α为固定杆在竖直方向上与载体车中垂线的夹角，β为固定杆水平方向上与车辆中线的夹角；单波束测深系统的测深点在单波束坐标系中的坐标为X_T2(0,0,‑H),H为单波束测深系统测得的水深；步骤2：进行载体车坐标系到当地水平坐标系的转换；载体车坐标系到当地水平坐标系的转换需要确定其三个角元素和三个原点平移参数，其中三个角元素是载体车的瞬时姿态变化，由惯性导航系统给出；设载体车坐标系原点与当地水平坐标系原点重合，根据载体车艏向、载体车位置和姿态参数计算载体车坐标系和当地水平坐标系之间的转换关系，并直接将载体车坐标系下的水底观测量坐标转化为地理坐标：式中，X_L代表测深点的当地水平坐标、X_V分别代表卫星定位系统中GNSS天线位置和测深点在载体车坐标系下的坐标；R(r，p，h)为载体车坐标系与当地水平坐标系之间的旋转关系，其中航向h、横摇r和纵摇p是三个欧拉角，由惯性导航系统实时测得，欧拉角变化过程写成矩阵的形式：其中，R_x(r),R_y(‑p),R_z(h)如下：步骤3：进行当地水平坐标系到大地坐标系的转换；当地水平坐标系经过旋转平移转换到大地坐标系中，首先将当地水平坐标系绕E轴逆时针旋转90°‑B，然后绕U轴顺时针旋转90°+L；其中E轴及U轴分别为当地水平坐标系指向东方向及拖球发法线方向的坐标轴，B、L分别为当地水平坐标系坐标原点在大地坐标系中的大地纬度和大地经度；设测深点坐标在空间直角坐标系下的坐标值为(X_W,Y_W,Z_W)^T，则有以下关系式：X_s＝R_W·X_L+ΔX式中，X_L为当地水平坐标系下的坐标，X_S为空间直角坐标系下的坐标，R_w为关于大地经度和纬度的旋转矩阵，(Δx,Δy,Δz)^T为平移量，为GNSS天线相位中心的空间直角坐标；其中：R_w＝R_B·R_L