本實用新型涉及勘測船航行領(lǐng)域，尤其涉及一種基于GPS導(dǎo)航的勘測船。
背景技術(shù)：
我國現(xiàn)有水庫和河流淤積嚴(yán)重，水庫和河流的庫底勘測顯得越發(fā)緊迫，因此研制開發(fā)出水下地形測量系統(tǒng)，對航道淤泥挖掘和水資源生態(tài)保護(hù)有著非比尋常的意義?，F(xiàn)有測量方法大多基于人工測量，費時、費力。目前，長江上已經(jīng)研制并陸續(xù)建設(shè)了航標(biāo)遙測遙控、水位遙測、無線視頻監(jiān)控等多種與數(shù)字航道建設(shè)相關(guān)的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的建設(shè)對提高航道維護(hù)效率，保障船舶安全航行等發(fā)揮了巨大作用，但在航道水深實時采集研究上，目前還是個空白。
航道水深的數(shù)據(jù)的采集還是依靠航道工作船或者測量船完成，其主要的工作方式是在測量船上裝水深傳感器、GPS模塊、計算機(jī)等設(shè)備，通過這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后人工出圖。
另外，由于采用上述方法，需要的工作人員多，測量成本高、效率低，水深更新率較慢，如何快速獲取水深數(shù)據(jù)、降低采集成本，是目前水深測量中亟需解決的問題。進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著自動化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的水深測量作業(yè)中人工操作過程越來越少，更多的自動數(shù)據(jù)采集裝備進(jìn)入到公眾視野，人們更愿意利用已有的設(shè)備搭建出符合自己要求的測繪工具，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)化測量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型所要解決的計算問題是提供一種基于GPS導(dǎo)航的勘測船，通過在船上增設(shè)微控制單元、GPS模塊等硬件構(gòu)架，為勘測船的自動航行提供硬件基礎(chǔ)；當(dāng)在本裝置構(gòu)架中增加相應(yīng)控制方法后，即可實現(xiàn)勘測船的自主航行和水深的自動測量。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是：
一種基于GPS導(dǎo)航的勘測船，推進(jìn)器、舵機(jī)、微控制單元、無線串口和PC端上位機(jī)依次相連；所述微控制單元還分別連接有GPS模塊、陀螺儀模塊和角度位移傳感器；
所述微控制單元用于對各種傳感器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和對整個勘測船體的控制；所述GPS模塊用于實時獲取當(dāng)前勘測船的位置信息；所述陀螺儀模塊用于檢測當(dāng)前勘測船的傾角和航向角信息；所述角度位移傳感器用于確定推進(jìn)器的當(dāng)前偏角。
進(jìn)一步的，所述微控制單元還分別連接有顯示屏、以及對勘測船實施遠(yuǎn)程控制的遙控器。
進(jìn)一步的，所述微控制單元還連接有用于測得勘測船當(dāng)前位置水深的水深傳感器。
進(jìn)一步的，微控制單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元和電源分壓依次相連。
進(jìn)一步的，所述微控制單元采用STM32F103單片機(jī)，GPS模塊采用NMEA0183通用協(xié)議的BT-708接收器模塊，陀螺儀模塊采用君悅智控公司生產(chǎn)的內(nèi)置卡爾曼濾波的JY-901模塊，角度位移傳感器采用Model 22HP-10，無線串口是E32-TTL-100，舵機(jī)采用可轉(zhuǎn)動360°的PDI-6221MG型號舵機(jī)，推進(jìn)器是48V蓄電池供電的航凱ET1000電動船外機(jī)。
進(jìn)一步的，所述顯示屏是一塊7寸的串口屏，所述遙控器采用富斯FSi6的四螺旋飛行器遙控。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：
通過在船上增設(shè)微控制單元、GPS模塊等硬件構(gòu)架，為勘測船的自動航行提供硬件基礎(chǔ)，當(dāng)在本裝置構(gòu)架中增加相應(yīng)控制方法后，實現(xiàn)勘測船的自主航行和水深的自動測量；并且能夠把測得的水深數(shù)據(jù)實時傳給PC端的上位機(jī)進(jìn)行保存；根據(jù)所測數(shù)據(jù)，上位機(jī)能夠自動繪制出當(dāng)前水域的水下地形圖。
相比于傳統(tǒng)的人工測量和手繪出圖，這種測量方案大大提高了工作效率。加入了陀螺儀模塊能夠?qū)睖y船的當(dāng)前傾角(包括前后傾角和左右傾角)進(jìn)行實時檢測，用于補(bǔ)償因勘測船不平穩(wěn)造成的誤差，使所測水深數(shù)據(jù)更加精確。本實用新型勘測船的動力系統(tǒng)采用蓄電池供電的電動船，與燃油的勘測船相比較更節(jié)能環(huán)保。本實用新型便于拆裝、造價低、自動化程度高，將會在以后的水深測量中得到廣泛應(yīng)用，具有良好的市場前景。
附圖說明
圖1是本實用新型一種基于GPS導(dǎo)航的勘測船結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1為本實用新型基于GPS導(dǎo)航的勘測船的結(jié)構(gòu)示意圖，其由控制電路、PC端上位機(jī)、舵機(jī)以及推進(jìn)器等構(gòu)成。
控制電路的核心微控制單元MCU用于對各種傳感器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和整個船體的控制；GPS模塊可以實時獲取當(dāng)前勘測船的位置(經(jīng)緯度)信息；陀螺儀模塊可以檢測當(dāng)前勘測船的傾角(包括前后傾角和左右傾角)和航向角信息；角度位移傳感器模塊可以確定推進(jìn)器的當(dāng)前偏角，水深傳感器可以測得當(dāng)前位置的水深。PC端的上位機(jī)能夠預(yù)先導(dǎo)入當(dāng)前水域的衛(wèi)星地圖，用戶可以在上位機(jī)的軟件地圖上標(biāo)定勘測水域，上位機(jī)將自動確定出勘測船的航線，并定時發(fā)送航線的GPS信息給勘測船，實現(xiàn)勘測船的自動水深測量。
傳感器數(shù)據(jù)通過無線串口傳給上位機(jī)并顯示在操作界面上，并且上位機(jī)能夠根據(jù)GPS信息和當(dāng)前位置水深繪制出這片水域的水下地形圖；舵機(jī)的轉(zhuǎn)動也由MCU控制，從而帶動推進(jìn)器的螺旋槳左右旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)勘測船的拐彎功能。
顯示屏安裝在勘測船上，用于顯示各種信息，如果船上載有工作人員，也可以對當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)有一個直觀的了解。遙控器可以對勘測船實施遠(yuǎn)程控制，目的是意外發(fā)生時可以緊急制動和操控。
本實用新型裝置的微控制單元采用ST意法半導(dǎo)體的CortexTM-M3內(nèi)核的STM32F103單片機(jī)，它有最高72MHz工作頻率，64K或128K字節(jié)的閃存程序存儲器，完全可以滿足控制要求。GPS模塊采用NMEA0183通用協(xié)議的BT-708接收器模塊，陀螺儀模塊采用君悅智控公司生產(chǎn)的內(nèi)置卡爾曼濾波的JY-901模塊，角度位移傳感器采用Model 22HP-10，無線串口模塊是E32-TTL-100，顯示屏是一塊7寸的串口屏，遙控器采用富斯FSi6的四螺旋飛行器遙控。舵機(jī)采用的是可以轉(zhuǎn)動360°的PDI-6221MG型號舵機(jī)，推進(jìn)器則是48V蓄電池供電的航凱ET1000電動船外機(jī)。
PC端上位機(jī)具有實時顯示、與控制器實時通信、自動繪制水下地形圖等功能。進(jìn)一步的，本實用新型具有如下特性：
1、自動化；在本實用新型硬件基礎(chǔ)上，增設(shè)相關(guān)控制方法后，基于GPS導(dǎo)航，實現(xiàn)了勘測船的自主航行與水深的自主測量，并且能夠把所測數(shù)據(jù)傳給PC端上位機(jī)自動出圖，完全是一系列自動化過程，無需過多的人工參與。
2、高效性；自動化程度高，相比于過去的人工定位測量，工作效率提高數(shù)倍，因此具有測量效率高的特點。
3、準(zhǔn)確性；采用了內(nèi)部集成了姿態(tài)解算器，配合動態(tài)卡爾曼濾波算法的陀螺儀模塊，能夠準(zhǔn)確的測出當(dāng)前勘測船的前后傾角和左右傾角，實時對測得水深數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，減小由于勘測船不穩(wěn)定造成的測量誤差。
4、友好性；無論是PC端的上位機(jī)界面還是船載的顯示屏界面，屏幕上都會實時顯示當(dāng)前勘測船的各種信息，包括當(dāng)前勘測船的GPS、船的傾角與航向角、當(dāng)前位置水深、溫度、供電電壓等系統(tǒng)工作信息，力求給用戶一個更好的使用體驗。