[發(fā)明專利]一種水下卵石運(yùn)動(dòng)位置實(shí)時(shí)追蹤系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910040514.2
• 申請(qǐng)日: 2019-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109765525A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖毅;楊勝發(fā);田蜜;胡江
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/22
• 分類號(hào): G01S5/22
• 代理公司: 重慶博凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發(fā)明公開(kāi)了一種水下卵石運(yùn)動(dòng)位置實(shí)時(shí)追蹤系統(tǒng)，包括定位信號(hào)采集子系統(tǒng)及處理器，定位信號(hào)采集子系統(tǒng)包括多個(gè)卵石偵測(cè)裝置及至少三個(gè)固定設(shè)置在水下的位置不同的信號(hào)接收裝置，且各信號(hào)接收裝置之中存在有三個(gè)信號(hào)接收裝置的布置位置連線構(gòu)成三角形，每個(gè)卵石偵測(cè)裝置包括卵石本體，卵石本體上設(shè)有安裝孔，安裝孔內(nèi)固定安裝有信號(hào)發(fā)射裝置，處理器分別與每個(gè)信號(hào)發(fā)射裝置及每個(gè)信號(hào)接收裝置通信連接。本發(fā)明還公開(kāi)了使用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的水下卵石運(yùn)動(dòng)位置實(shí)時(shí)追蹤方法。采用本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)卵石偵測(cè)裝置進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)卵石偵測(cè)裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航道觀測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種水下卵石運(yùn)動(dòng)位置實(shí)時(shí)追蹤系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的推移質(zhì)觀測(cè)技術(shù)主要分為兩大類，直接測(cè)量法和間接觀測(cè)法。直接測(cè)量主要是借助于各種尺寸和結(jié)構(gòu)的采樣器和裝置，直接測(cè)量推移質(zhì)，傳統(tǒng)的采用較多的是壓差式采樣器和坑測(cè)法。間接測(cè)量主要是以各種物理原理為基礎(chǔ)，或通過(guò)施測(cè)與推移質(zhì)運(yùn)動(dòng)相關(guān)的參數(shù)，間接推移質(zhì)輸沙率，主要有示蹤法、光測(cè)法、聲學(xué)法等。

聲學(xué)法在抗水流干擾，敏感性，可靠性，運(yùn)動(dòng)軌跡等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。基于聲學(xué)觀測(cè)不會(huì)改變河床的水力條件，可提供持續(xù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，由于聲信號(hào)可遠(yuǎn)距離傳輸，可采集大范圍內(nèi)的卵礫石運(yùn)動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)有較多研究者采用聲學(xué)法進(jìn)行河流卵石運(yùn)動(dòng)觀測(cè)，采用水聽(tīng)器等水下音頻記錄儀監(jiān)測(cè)卵礫石運(yùn)動(dòng)等，但該技術(shù)還在不斷更新中，在卵石運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量的準(zhǔn)確性方面仍有局限，在多組卵石運(yùn)動(dòng)位置的確定上仍存在缺陷，目前還未實(shí)現(xiàn)可視化觀測(cè)。

因此，如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)卵石的運(yùn)動(dòng)位置的可視化定位觀測(cè)成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實(shí)際需要解決的問(wèn)題是如何實(shí)現(xiàn)多組卵石的運(yùn)動(dòng)位置的可視化定位觀測(cè)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種水下卵石運(yùn)動(dòng)位置實(shí)時(shí)追蹤系統(tǒng)，包括定位信號(hào)采集子系統(tǒng)及處理器，其中：定位信號(hào)采集子系統(tǒng)包括多個(gè)卵石偵測(cè)裝置及至少三個(gè)固定設(shè)置在水下的位置不同的信號(hào)接收裝置，且各信號(hào)接收裝置之中存在有三個(gè)信號(hào)接收裝置的布置位置連線構(gòu)成三角形，每個(gè)卵石偵測(cè)裝置包括卵石本體，卵石本體上設(shè)有安裝孔，安裝孔內(nèi)固定安裝有信號(hào)發(fā)射裝置，處理器分別與每個(gè)信號(hào)發(fā)射裝置及每個(gè)信號(hào)接收裝置通信連接；所有信號(hào)發(fā)射裝置與信號(hào)接收裝置的時(shí)鐘同步，信號(hào)發(fā)射裝置用于周期性的向信號(hào)接收裝置發(fā)射聲波信號(hào)，同時(shí)，信號(hào)發(fā)射裝置還用于將發(fā)射聲波信號(hào)對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)間發(fā)送至處理器；信號(hào)接收裝置用于在接收到聲波信號(hào)后，并將接收聲波信號(hào)對(duì)應(yīng)的接收時(shí)間發(fā)送至處理器；處理器內(nèi)存儲(chǔ)有卵石聲波信號(hào)位置確定算法，且記錄有各信號(hào)接收裝置的布置位置信息，處理器用于接收每個(gè)信號(hào)發(fā)射裝置對(duì)應(yīng)的發(fā)射時(shí)間及接收時(shí)間，并基于各信號(hào)接收裝置的布置位置信息和卵石聲波信號(hào)位置確定算法確定間諜卵石的位置。

優(yōu)選地，所述信號(hào)發(fā)射裝置為SUR-3型超聲波發(fā)射器，所述信號(hào)接收裝置為SUR-3型超聲波接收器。

優(yōu)選地，還包括與處理器電連接的顯示裝置。

優(yōu)選地，卵石偵測(cè)裝置的制作方法包括：選擇不同粒度尺寸的多個(gè)卵石；分別在選取的各卵石上鉆通孔，通孔孔徑大于信號(hào)發(fā)射裝置尺寸；針對(duì)每個(gè)選取的卵石，在通孔內(nèi)灌入膠黏劑，將信號(hào)發(fā)射裝置塞入至填充有膠黏劑的通孔內(nèi)的中部位置，然后再向通孔內(nèi)填補(bǔ)膠黏劑，最后將通孔兩端開(kāi)口用橡膠塞塞緊密封；由此得到不同粒度尺寸的多個(gè)卵石偵測(cè)裝置。

優(yōu)選地，所述卵石聲波信號(hào)位置確定算法是基于接收的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間計(jì)算時(shí)間差，基于時(shí)間差計(jì)算信號(hào)發(fā)射裝置與信號(hào)接收裝置之間的距離，基于信號(hào)發(fā)射裝置與信號(hào)接收裝置之間的距離對(duì)信號(hào)發(fā)射裝置進(jìn)行定位，從而確定間諜卵石的位置。

優(yōu)選地，若信號(hào)接收裝置的數(shù)量等于三，則采用三點(diǎn)定位法對(duì)信號(hào)發(fā)射裝置進(jìn)行定位，若信號(hào)接收裝置的數(shù)量大于三，則采用最小二乘法對(duì)信號(hào)發(fā)射裝置進(jìn)行定位。