一種用auv檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及深水機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用AUV自主檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置和方法。本發(fā)明的裝置包括：水文參數(shù)測量儀，探頭安裝于AUV殼體外部，連接控制計(jì)算機(jī)，用于實(shí)時(shí)測量AUV所處位置的水文數(shù)據(jù)；供電控制開關(guān)，接收控制計(jì)算機(jī)送來的供電控制信號，連接水文參數(shù)測量儀的電源，用于控制水文參數(shù)測量儀的通斷；控制計(jì)算機(jī)，安裝于AUV殼體內(nèi)部，與水文參數(shù)測量儀通過數(shù)據(jù)通信線纜相連，通過該線纜實(shí)時(shí)采集和記錄水文參數(shù)測量儀輸出的測量數(shù)據(jù)，用于自動計(jì)算海水水文參數(shù)躍變層深度范圍。本發(fā)明裝置簡單，使用簡便，穩(wěn)定可靠，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)用范圍廣。
【專利說明】-種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及深水機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用AUV (Autonomous 化derwater Vehicle,自主水下機(jī)器人）自主檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002] AUV在水下自主航行執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，往往需要自行獲知作業(yè)海域的聲速、溫度、電 導(dǎo)率、鹽度等水文參數(shù)躍變層特征。目前，AUV只能測量所在深度的水文參數(shù)，不能自主檢 測水文參數(shù)特征。傳統(tǒng)方法是操作人員使用絞車、繩索等工具將溫鹽深測量儀系住，尾部加 掛一個(gè)重物(石塊或鐵塊)，將溫鹽深測量儀從水面逐漸往水下吊放，直到操作人員感覺到 重物達(dá)到海底，將溫鹽深測量儀向上收起；收回溫鹽深測量儀后，操作人員利用計(jì)算機(jī)下載 溫鹽深測量儀記錄的聲速、溫度、鹽度、深度測量數(shù)據(jù)，采用目測或常規(guī)分析算法獲得水文 參數(shù)躍變層的數(shù)目及躍變層深度邊界。該種數(shù)據(jù)后處理方法完全依靠人工操作完成，并且 數(shù)據(jù)后處理方法具有很大的時(shí)間滯后性，不適用于AUV自主檢測躍變層特征的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服傳統(tǒng)方法的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用AUV檢測海洋 水文參數(shù)躍變層特征的裝置與方法，實(shí)現(xiàn)AUV對海洋聲速、溫度、鹽度躍變層的自主檢測功 會長。
[0004] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是；一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變 層特征的裝置，包括：
[0005] 水文參數(shù)測量儀，探頭安裝于AUV殼體外部，連接控制計(jì)算機(jī)，用于實(shí)時(shí)測量AUV 所處位置的水文數(shù)據(jù)；
[0006] 供電控制開關(guān)，接收控制計(jì)算機(jī)送來的供電控制信號，連接水文參數(shù)測量儀的電 源，用于控制水文參數(shù)測量儀的通斷；
[0007] 控制計(jì)算機(jī)，安裝于AUV殼體內(nèi)部，與水文參數(shù)測量儀通過數(shù)據(jù)通信線纜相連，通 過該線纜實(shí)時(shí)采集和記錄水文參數(shù)測量儀輸出的測量數(shù)據(jù)，用于自動計(jì)算海水水文參數(shù)躍 變層深度范圍。
[000引所述水文參數(shù)測量儀為溫鹽深測量儀，用于實(shí)時(shí)測量AUV所處位置的鹽度、電導(dǎo) 率、溫度、深度、壓強(qiáng)和聲速。
[0009] 所述水文參數(shù)測量儀為聲速測量儀，用于實(shí)時(shí)測量AUV所處位置的聲速、深度和 壓強(qiáng)。
[0010] 所述水文參數(shù)測量儀的數(shù)據(jù)測量周期在0. 01砂至2砂之間。
[0011] 所述控制計(jì)算機(jī)按固定周期采集數(shù)據(jù)，周期在0. 2砂?2砂之間。
[0012] 一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的方法，包括W下步驟：
[0013] 在AUV即將執(zhí)行自動檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征任務(wù)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)向供電控 制開關(guān)發(fā)送水文參數(shù)測量儀通電信號；
[0014] 水文參數(shù)測量儀開始工作后，AUV下潛，直到預(yù)定的最大深度，在AUV下潛過程中， 控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集并記錄水文參數(shù)測量儀輸出的水文參數(shù)測量數(shù)據(jù)；
[0015] 當(dāng)AUV達(dá)到最大深度時(shí)，控制計(jì)算機(jī)向供電控制開關(guān)發(fā)送水文參數(shù)測量儀斷電信 號，水文參數(shù)測量儀停止工作；同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)在記錄的水文參數(shù)測量數(shù)據(jù)尾部標(biāo)出測量 結(jié)束標(biāo)志；
[0016] 控制計(jì)算機(jī)根據(jù)記錄的水文參數(shù)測量數(shù)據(jù)，計(jì)算水文參數(shù)躍變層特征，輸出計(jì)算 結(jié)果。躍變層存在與否、躍變層數(shù)量、各個(gè)躍變層深度邊界和躍變層厚度，
[0017] 所述計(jì)算水文參數(shù)躍變層特征的計(jì)算方法包括W下H個(gè)步驟：
[0018] (1)判定有無躍變層；通過求取最大梯度值，并與垂直梯度法中的固定闊值比較， 如果最大梯度值大于固定闊值，則存在躍層。
[0019] (2)檢測躍變層分布：通過平均梯度值法檢測躍變層分布。
[0020] (3)進(jìn)行躍變層的剔除與合并。
[0021] 所述步驟（1)具體為：
[00過如果Gmax〉=T虹，則存在躍變層；否則，不存在；其中虹=0. 1，Gmax通過W下方法求 得 r 1 T{k + \)-T{k)
[0023] Gk = - -- z(A' + 1)-z(A'）
[0024] G",=max {Gj
[002引其中，G表示梯度值，T表示水文參數(shù)數(shù)據(jù)，屬于溫度、電導(dǎo)率、聲速、鹽度參數(shù)中的 任意一種參數(shù)，Z表示采樣深度值，k和k-1表示第k次，第k-1次采樣。
[0026] 所述步驟（2)具有判斷進(jìn)入和退出躍變層的功能，具體為：
[0027] 檢測前，躍變層數(shù)量m=0,梯度值數(shù)量為N，進(jìn)入和退出躍變層標(biāo)志為bstate，其中 bstate=l表示進(jìn)入躍變層，bstate=0表示退出躍變層，初始值為0 ;
[002引檢測過程中，直到數(shù)據(jù)結(jié)束，一直執(zhí)行W下操作：
[0029] 如果

【權(quán)利要求】
1. 一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置，其特征在于，包括： 水文參數(shù)測量儀，探頭安裝于AUV殼體外部，連接控制計(jì)算機(jī)，用于實(shí)時(shí)測量AUV所處 位置的水文數(shù)據(jù)； 供電控制開關(guān)，接收控制計(jì)算機(jī)送來的供電控制信號，連接水文參數(shù)測量儀的電源，用 于控制水文參數(shù)測量儀的通斷； 控制計(jì)算機(jī)，安裝于AUV殼體內(nèi)部，與水文參數(shù)測量儀通過數(shù)據(jù)通信線纜相連，通過該 線纜實(shí)時(shí)采集和記錄水文參數(shù)測量儀輸出的測量數(shù)據(jù)，用于自動計(jì)算海水水文參數(shù)躍變層 深度范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用AUV檢巧IJ海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置，其特征在 于，所述水文參數(shù)測量儀為溫鹽深測量儀，用于實(shí)時(shí)測量AUV所處位置的鹽度、電導(dǎo)率、溫 度、深度、壓強(qiáng)和聲速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置，其特征在 于，所述水文參數(shù)測量儀為聲速測量儀，用于實(shí)時(shí)測量AUV所處位置的聲速、深度和壓強(qiáng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置， 其特征在于，所述水文參數(shù)測量儀的數(shù)據(jù)測量周期在0. 01砂至2砂之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的裝置，其特征在 于，所述控制計(jì)算機(jī)按固定周期采集數(shù)據(jù)，周期在0. 2砂?2砂之間。
6. -種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的方法，其特征在于，包括W下步驟： 在AUV即將執(zhí)行自動檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征任務(wù)時(shí)，控制計(jì)算機(jī)向供電控制開 關(guān)發(fā)送水文參數(shù)測量儀通電信號； 水文參數(shù)測量儀開始工作后，AUV下潛，直到預(yù)定的最大深度，在AUV下潛過程中，控制 計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)采集并記錄水文參數(shù)測量儀輸出的水文參數(shù)測量數(shù)據(jù)； 當(dāng)AUV達(dá)到最大深度時(shí)，控制計(jì)算機(jī)向供電控制開關(guān)發(fā)送水文參數(shù)測量儀斷電信號， 水文參數(shù)測量儀停止工作；同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)在記錄的水文參數(shù)測量數(shù)據(jù)尾部標(biāo)出測量結(jié) 束標(biāo)志； 控制計(jì)算機(jī)根據(jù)記錄的水文參數(shù)測量數(shù)據(jù)，計(jì)算水文參數(shù)躍變層特征，輸出計(jì)算結(jié)果。 躍變層存在與否、躍變層數(shù)量、各個(gè)躍變層深度邊界和躍變層厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的方法，其特征在 于，所述計(jì)算水文參數(shù)躍變層特征的計(jì)算方法包括W下H個(gè)步驟： (1) 判定有無躍變層；通過求取最大梯度值，并與垂直梯度法中的固定闊值比較，如果 最大梯度值大于固定闊值，則存在躍層。 (2) 檢測躍變層分布：通過平均梯度值法檢測躍變層分布。 (3) 進(jìn)行躍變層的剔除與合并。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的方法，其特征在 于，所述步驟（1)具體為： 如果Gma,〉=T虹，則存在躍變層；否則，不存在；其中T虹=0. 1，Gm"通過W下方法求得 ^.,_T{k + ])-T{k) z(k + \ )-z{k) G",=max{GJ 其中，G表示梯度值，T表示水文參數(shù)數(shù)據(jù)，屬于溫度、電導(dǎo)率、聲速、鹽度參數(shù)中的任意 一種參數(shù)，Z表示采樣深度值，k和k-1表示第k次，第k-1次采樣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的方法，其特征在 于，所述步驟（2)具有判斷進(jìn)入和退出躍變層的功能，具體為： 檢測前，躍變層數(shù)量m=0,梯度值數(shù)量為N，進(jìn)入和退出躍變層標(biāo)志為bstate，其中 bstate=l表示進(jìn)入躍變層，bstate=0表示退出躍變層，初始值為0 ; 檢測過程中，直到數(shù)據(jù)結(jié)束，一直執(zhí)行W下操作： 如果
胃且bstate=0,貝Ij m=m+l，bstate=l，記錄躍變層m的當(dāng)前深度zk ; 如昇
且bstate=l，則bstate=0,停止記錄當(dāng)前深度zk ; 那么，當(dāng)前躍變層m的上邊界為躍變層m的最小深度值，當(dāng)前躍變層m的下邊界為躍變 層m的最大深度值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用AUV檢測海洋水文參數(shù)躍變層特征的方法，其特征在 于，所述步驟（3)具體為：如果當(dāng)前躍變層厚度小于8m，并且距離其它躍層小于5m，則刪除 當(dāng)前躍變層；如果相鄰兩個(gè)躍變層之間的距離小于5m，則將該兩個(gè)躍變層合并成一個(gè)躍變 層。

【文檔編號】B63C11/52GK104422428SQ201310397567
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】冀大雄, 李冬冬, 賈松力, 林楊 申請人:中國科學(xué)院沈陽自動化研究所