一种深水多波束测深系统的安装测量方法

技术特征：
1.一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，包括：s1：测量船体的坐标信息，构建船体坐标系，将所有坐标信息的坐标点转换到船体坐标系下；s2：测量多波束测深系统发射换能器与接收换能器的安装支架，使安装支架的安装平面平整；s3：测量船体的gnss接收机、声学换能器传感器以及姿态传感器的位置与姿态信息。2.根据权利要求1所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，所述船体坐标系为：y轴指向船艏为正，以垂直于xoy平面且经过原点的竖线为z轴，z轴向下为正，在左手坐标系准则约束下，x轴经过原点，并指向右舷为正；俯视的方向上，船艏方向顺时针旋转时偏航角为正；侧视的方向上，y轴逆时针旋转则俯仰角为正，反之为负；后视的方向上，x轴所指方向顺时针旋转时翻滚角为正，反之为负。3.根据权利要求2所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，选择船体吃水面为船体坐标系的参考面xoy平面，沿着船体吃水线周围用全站仪测量多个点，基于最小二乘法构建出xoy平面。4.根据权利要求3所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，所述xoy平面的方程z为：z＝ax by c，其中，a、b、c为平面方程系数，x、y为平面坐标值；定义单个数据点的误差项δ
i
：δ
i
＝ax
i
by
i-z
i
c，x
i
、y
i
、z
i
分别为三维坐标值，对于n组数据，定义所有数据的最小二乘问题：据，定义所有数据的最小二乘问题：f(a,b,c)为误差方程，分别为误差方程的偏导数；改为矩阵的形式：n为方程数。5.根据权利要求4所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，如果在船艏与船尾方向有特殊标注，通过测量特殊标注建立船体坐标系的y轴；如果没有特殊标注，则根据船体对称关系测量并计算出y轴；在已知y轴和z轴的情况下，根据左手坐标系关系，计算出x轴，根据选择的原点与所得坐标轴，将测量的所有数据转换到船坐标系下，分别求得(x
i
,y
i
,z
i
)在三个坐标轴下的分量
x
i1
、y
i1
、z
i1
：x1、x2、x3、y1、y2、y3、z1、z2、z3为x轴、y轴以及z轴上的坐标。6.根据权利要求5所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，所述安装支架的安装过程为：在安装支架上选择多个点进行测量，计算这些点是否在一个平面上，平整性的计算公式如下：d
i
为某个点到平面方程的距离，a、b、c、d为平面方程的系数；如果平整性较差，调整以后继续重复测量与计算工作，直到这些点的平整性满足要求。7.根据权利要求6所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，s3包括：使用全站仪无棱镜模式进行观测，gnss天线头测量时，测定船体坐标系中央位置的gnss天线，使用全站仪无棱镜模式在多个导线点上多次观测，然后依据数学关系计算出天线头圆心位置；在发射换能器安装到其安装支架上以后，测量四个角点，并将角点值用于安装偏差角的计算，安装偏差角的检校按照先艏向安装偏差，再纵向安装偏差，最后横向安装偏差的检校顺序进行。8.根据权利要求7所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，艏向安装偏差计算过程为：利用发射换能器艏向上所测量的点坐标计算发射换能器艏向的方向向量；将发射换能器艏向方向向量其投影到船坐标系xoy平面上；计算投影后的发射换能器艏向方向向量与船体艏向之间的夹角，获得发射换能器艏向安装偏差角
△
yaw；将发射换能器表面上所有观测点坐标值(x
t
,y
t
,z
t
)绕z轴旋转
△
yaw，得到旋转后的坐标值标值9.根据权利要求8所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，纵向安装偏差计算步骤为：利用旋转后发射换能器艏向上的测点求出发射换能器y轴上的方向向量；计算发射换能器艏向方向向量与船坐标系xoy平面的夹角，即纵向安装偏差角
△
pitch；按照如下旋转关系对发射换能器上测量的坐标点进行坐标转换，从而得到各测点坐标
值值10.根据权利要求9所述的一种深水多波束测深系统的安装测量方法，其特征在于，横向安装偏差计算步骤为：利用旋转变换后发射换能器上的测点求出发射换能器y轴的方向向量；计算发射换能器与船体坐标系xoy面的夹角，即roll安装偏差角
△
roll；根据计算所得的按照
△
roll，按照如下公式进行坐标转换：从而计算出所有的安装角度误差

技术总结
本发明公开了一种深水多波束测深系统的安装测量方法，属于测绘技术领域，包括：测量船体的坐标信息，构建船体坐标系，将所有坐标信息的坐标点转换到船体坐标系下；测量多波束测深系统发射换能器与接收换能器的安装支架，使安装支架的安装平面平整；测量船体的GNSS接收机、声学换能器传感器以及姿态传感器的位置与姿态信息。本发明通过合理布设控制网与支导线，可以快速高效且准确地采集船舶及其传感器所需的位置信息；解决了浮船坞上进行深水多波束安装测量的问题，对于不同船坞环境下深水多波束安装测量均具有较好的适用性；实现了大型船舶仪器设备及传感器之间空间位置与角度的标定，有效解决了深水多波束测深系统的安装与标定难题。标定难题。标定难题。


技术研发人员：阳凡林 许方正 吴超逸 干明义 卜宪海 闫循鹏
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/15