導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)線數(shù)字信號(hào)控制測(cè)深及定位器探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：為了解決水文野外水下地形測(cè)量和水道斷面水深測(cè)量需涉水施測(cè)的問(wèn)題，研制了一種基于無(wú)線數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)程控制的測(cè)深及定位器，該測(cè)深及定位器搭載在無(wú)人機(jī)或水文纜道上，測(cè)深及定位指令采用無(wú)線數(shù)字信號(hào)傳輸，通過(guò)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換控制超聲波測(cè)深儀的測(cè)深和GPS定位。該測(cè)深及定位器的研制成功，將在水文大斷面測(cè)量、水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)和各種水下地形測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水文測(cè)量；無(wú)線數(shù)字信號(hào)；超聲波測(cè)深；GPS定位

水下地形測(cè)量和水文大斷面測(cè)量是水文測(cè)驗(yàn)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，包括測(cè)深和定位。當(dāng)前水文站測(cè)深及起點(diǎn)距測(cè)量常用的有兩種方式：第一是利用水文纜道掛載鉛魚(yú)進(jìn)行測(cè)深、測(cè)距；第二是通過(guò)駕駛船只搭載測(cè)深儀和GPS進(jìn)行斷面各條垂線位置的測(cè)深和定位測(cè)量。這兩種測(cè)驗(yàn)方式都有其局限性，利用鉛魚(yú)測(cè)深往往是通過(guò)鉛魚(yú)底板觸底信號(hào)或者觀察起重索的松緊度來(lái)判斷是否觸底，測(cè)深誤差較大；而通過(guò)駕駛船只進(jìn)行測(cè)深和GPS測(cè)量，必須涉水測(cè)量，存在一定的安全隱患，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本項(xiàng)目針對(duì)水文測(cè)驗(yàn)中的水下地形測(cè)量和水文大斷面測(cè)量中的深度測(cè)量和定位的問(wèn)題，研制一套遠(yuǎn)程數(shù)字控制的測(cè)深及定位裝置，通過(guò)無(wú)人機(jī)或者水文纜道搭載測(cè)深儀和GPS設(shè)備運(yùn)行至水面任意位置，通過(guò)遠(yuǎn)程操控發(fā)出測(cè)量指令進(jìn)行測(cè)深和GPS定位進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)得的水深數(shù)據(jù)和GPS定位數(shù)據(jù)傳輸至岸上接收端并直觀地顯示于軟件界面上，從而完成水下地形測(cè)量和水文大斷面測(cè)量。

1無(wú)線數(shù)字信號(hào)控制測(cè)深及定位器組成

無(wú)線數(shù)字信號(hào)控制測(cè)深及定位器主要由浮子式測(cè)深及定位裝置和岸上測(cè)量控制端組成。浮子式遠(yuǎn)程測(cè)深及定位裝置是水深數(shù)據(jù)及經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的采集裝置，帶有超聲波測(cè)深及GPS定位功能，具有無(wú)線信號(hào)收發(fā)功能，裝置材質(zhì)為PVC，內(nèi)部全密封防水，防水等級(jí)達(dá)到IP68級(jí)。岸上測(cè)量控制端由計(jì)算機(jī)、測(cè)量控制軟件和無(wú)線電臺(tái)組成，能夠?qū)崟r(shí)接收浮子式遠(yuǎn)程測(cè)深定位儀采集的數(shù)據(jù)，并以圖表形式直觀地顯示給操作人員。其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2無(wú)線數(shù)字信號(hào)控制測(cè)深及定位器工作原理

使用該裝置進(jìn)行測(cè)深及定位測(cè)量時(shí)，將繩索或掛鉤掛在浮子式遠(yuǎn)程測(cè)深及定位裝置頂端，利用無(wú)人機(jī)或者水文纜道搭載該裝置至河流中某個(gè)位置，下放至水面，讓水深探測(cè)器設(shè)備探頭沒(méi)入水中，調(diào)整無(wú)人機(jī)飛行高度或水文纜道垂直高度，確保水面大浮盤(pán)自然懸浮于水面，保持水深探測(cè)器設(shè)備探頭垂直向下方向。此時(shí)岸上操作人員通過(guò)地面電臺(tái)向設(shè)備發(fā)送啟動(dòng)測(cè)量信號(hào)，位于水面大浮盤(pán)內(nèi)的無(wú)線電臺(tái)收到信號(hào)后，啟動(dòng)水深探測(cè)器向河底發(fā)射超聲波，通過(guò)超聲波反射測(cè)量水深數(shù)據(jù)，啟動(dòng)GPS模塊測(cè)量經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將水深數(shù)據(jù)和定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電臺(tái)傳回岸上操作人員，逐點(diǎn)采集后可形成河道斷面數(shù)據(jù)。

3浮子式測(cè)深定位裝置設(shè)計(jì)

浮子式測(cè)深定位裝置結(jié)構(gòu)包括GPS加LED信號(hào)燈模塊、水面立桿管、水面大浮盤(pán)、水下鐘擺桿、水深探測(cè)器設(shè)備探頭組成。水深探測(cè)器設(shè)備探頭采用重力擺錘設(shè)計(jì)位于裝置的最下端，超聲波探頭朝下，水深探測(cè)器設(shè)備探頭通過(guò)一根中空的水下鐘擺連桿與扁圓形的水面大浮盤(pán)相連。GPS加LED信號(hào)燈模塊通過(guò)一根中空的水面立桿管與水面大浮盤(pán)相連。水面大浮盤(pán)為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部放置鋰電池、無(wú)線電臺(tái)，通過(guò)水面立桿管和水下鐘擺桿分別給GPS加LED信號(hào)燈模塊、水深探測(cè)器設(shè)備探頭供電以及接收和發(fā)送無(wú)線電信號(hào)。無(wú)線電臺(tái)的發(fā)射天線位于GPS加LED信號(hào)燈模塊中，無(wú)線電臺(tái)和天線通過(guò)水面立桿管內(nèi)的同軸電纜相連。由于發(fā)射天線始終位于水面大浮盤(pán)上方，這樣設(shè)計(jì)的好處在于能夠使得無(wú)線信號(hào)傳輸不受水體影響。該裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4無(wú)線信號(hào)傳輸設(shè)計(jì)

為適應(yīng)遠(yuǎn)距離水下地形測(cè)量、水文大斷面測(cè)量等功能，必須采取可靠性較高的信號(hào)傳輸方式。本次設(shè)計(jì)采用頻率為915MHz的無(wú)線數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，岸上計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口的無(wú)線電臺(tái)與浮子式測(cè)深定位裝置通訊，浮子式測(cè)深定位裝置內(nèi)置無(wú)線模塊、單片機(jī)控制模塊，無(wú)線模塊收到岸上計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)后，通過(guò)單片機(jī)模塊向測(cè)深傳感器及GPS定位儀發(fā)送上電信號(hào)，開(kāi)始采集水深和經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。無(wú)線信號(hào)通訊采用RS485標(biāo)準(zhǔn)、MODBUS協(xié)議和RTU傳輸模式。

5測(cè)量控制軟件設(shè)計(jì)

測(cè)量控制軟件主要用于接收測(cè)量數(shù)據(jù)。軟件可用折線圖形式實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。軟件采取串口通訊方式，波特率為9600完全可滿足數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。軟件也可通過(guò)設(shè)置不同波特率、盲區(qū)、量程、發(fā)射強(qiáng)度、接收增益等參數(shù)來(lái)匹配不同類(lèi)型的測(cè)深傳感器。通過(guò)軟件菜單的查詢(xún)功能可以獲取一定時(shí)間間隔的采集數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件的導(dǎo)出數(shù)據(jù)功能可直接生成Excel表格，便于數(shù)據(jù)匯總。軟件界面如圖3所示。

6適應(yīng)范圍

該儀器通信傳輸距離在通視下可達(dá)2km，最大探測(cè)水深達(dá)到50m，大部分水文站都可適用。測(cè)量人員使用該儀器可遠(yuǎn)程采集水深及GPS定位坐標(biāo)，無(wú)需涉水測(cè)量，可利用水文纜道搭載儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程大斷面測(cè)量，在河道斷面測(cè)深測(cè)距方面具有較好的應(yīng)用前景；利用無(wú)人機(jī)搭載該儀器在水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)領(lǐng)域可發(fā)揮其機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，在高洪、堰塞湖、潰壩等極端情況下配合非接觸式流速測(cè)驗(yàn)手段能夠在確保測(cè)量人員安全的情況下，快速便捷地測(cè)量出所需的斷面流量數(shù)據(jù)。圖1無(wú)線數(shù)字信號(hào)控制測(cè)深及定位器組成圖2浮子式測(cè)深定位裝置浮子式遠(yuǎn)程測(cè)深及定位裝置岸上測(cè)量控制端水面立桿管水面大浮盤(pán)水下鐘擺桿水深探測(cè)器設(shè)備探頭GPS加LED信號(hào)燈模塊7

結(jié)論

正是基于水下地形測(cè)量和水道斷面水深測(cè)量的需要，研制了這款無(wú)線數(shù)字信號(hào)控制測(cè)深及定位器。它主要適用于河流、河道的定點(diǎn)測(cè)深及測(cè)距，滿足不涉水的情況下遠(yuǎn)程測(cè)量的需要。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明該儀器測(cè)量精確、攜帶方便、操作便捷。給水文測(cè)量人員提供了一種安全、高效、經(jīng)濟(jì)的測(cè)量手段。

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作者：吳平輝 單位：湖南省水文儀器設(shè)備檢測(cè)中心