本发明属于无人驾驶设备领域，涉及无人船，尤其是一种防水草的智能收放探头风动无人勘测船及其勘测方法。
背景技术：
目前市面大部分无人勘测船，采用的是水下推进器搭配固定位置的勘测声呐探头，虽然可以完成净水水域或者海洋的勘测作业需求，但是对春节和夏季以及四季长期疯长的水草水域如河道、湖泊、水库以及坑塘等，受水草影响和水面杂物的影响，螺旋桨、喷泵、导管桨等都会被水草、渔网、杂物缠绕导致无人船无法行进，而且对螺旋桨保护越强的防护罩和喷泵更容易吸入异物打伤叶轮。而声呐下方如近距离充满水草，则实际测量的数值就不是实际的水底深度，而是漂浮或悬浮的水草到声呐的距离。
另外，在收放无人勘测船作业时，需要非常小心防止螺旋桨和探头托底造成损坏。对于浅水区还要受到声呐盲区和螺旋桨吃水的限制。
目前无人船的解决方案及缺陷有：
1、增加更多的保护措施，防止无人船触底，但是也造成了整船吃水深度加大，更不满足浅水坑塘的勘测需要。
2、将声呐探头与船底做成一体平滑过渡，对于单波束声呐探头影响不大，但是对于大波束角的多波束和侧扫声呐探头就不可能实现，做成一体埋入船腹会减小波速角度影响扫描范围。另外即便声呐做成了平滑过渡的，但是推进器还是需要在船体水线以下，仍然有被水草杂物影响的风险。而且多余水草密集区域，还是无法突破漂浮水草带对勘测精度的影响。
3、使用喷泵方式推进，虽然对柔软水草和大块漂浮物有一定的过滤能力，但是也同时降低了进水量，如果水草疯长还会堵塞喷泵的进水口，喷泵空滤越大，真空吸入效应越强，越容易吸入杂物打坏喷泵叶轮。另外喷泵的推进速度很快，甚至大于3米/s的推进速度，这大大超过了声呐和gps/rtk的刷新频率和精度(大部分声呐的数据更新频率不会超过1hz)，也就是说1秒内船的定位位移超过了3米，这会影响测量的水平准确性。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能在水草水域进行精确勘测的防水草的智能收放探头风动无人勘测船及其勘测方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种风动无人勘测船，包括船体及控制器，在船体上通过探头位置调节机构安装探头，探头位置调节机构用于调节探头在水下的位置。
而且，所述的探头为声呐。所述的声呐为单波束声呐或侧扫声呐或多波束成像探头。
而且，所述的探头位置调节机构包括探头深度调节机构。
而且，所述的探头深度调节机构为电动伸缩杆。
而且，所述的探头位置调节机构还包括探头角度调节机构。
而且，所述的探头位置调节机构与控制器连接，控制器与远程遥控器连接。
而且，在探头的上方安装rtk天线，rtk天线与探头处于一条直线上。
而且，所述的船体为u型充气船体，在船体的后部上方安装风扇动力系统。
所述的风动无人勘测船的勘测方法为：在水草茂盛的水域作业勘测时，无人勘测船沿着水岸平行航线运行，间隔5或10米停船一次下放声呐探头获取深度数据，如获得的深度数据明显小于上一点位深度，则判断为水草影响探头，无人船将声呐探头再下放10-30cm，或移动1-2米距离后再次下放探头测量。
所述深度数据的算法公式为：h＝h-[h1 d1 d2]*纠偏常数，其中h为深度数据，h为国际标准卫星定位协议nmea0183的高程，h1为rtk天线底面与水面之间的距离差,d1为声呐探头在是水下的初始深度，d2为电动伸缩杆所下放的深度。纠偏常数为波束角的余弦函数。
本发明的优点和积极效果是：
1.本发明采用可伸缩的电动伸缩杆搭配风动推进方式，在收放作业过程中无突出船底的设备，可直接将船拖行推入水中，可以做到人不沾水完成作业，提高了作业的便捷性。对于泥滩、芦苇荡等水域，风动无人勘测船可开足动力进行冲滩，达到作业人员可及范围内。
2.本发明采用电动伸缩杆增强了声呐探头的可靠性，不但防止了声呐探头作业期间和收放过程中的托底损坏，还可通过电动伸缩杆的收放功能使声呐探头深入穿过漂浮的水草，搭配本发明提供的勘测方法能够实现对水草水域的精确勘测。
3.本发明风动无人船无长期浸泡在水中的设备部件，增加了可靠性，延长了使用寿命，推进器锈蚀成都低，使用维护成本低。
4.本发明采用充气船结构，可以方便运输，又可以增加船的冗余浮力，另外生产成本相交于玻璃钢、碳纤维、铝合金、滚塑等更低。
附图说明
图1为本发明实施例1风动无人勘测船的主视图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的右视图；
图4为实施例1风动无人勘测船的立体结构示意图。
图5为本发明实施例1风动无人勘测船的使用状态图(电动伸缩杆收起)。
图6为本发明实施例1风动无人勘测船的使用状态图(电动伸缩杆伸出)。
图7为本发明实施例2风动无人勘测船的主视图；
图8为图7的俯视图；
图9为图7的左视图；
图10为实施例2风动无人勘测船的立体结构示意图。
图11为本发明实施例1风动无人勘测船的照片；
图12为本发明实施例1风动无人勘测船的航行状态图(在海草区域)；
图13为本发明实施例2风动无人勘测船的航行状态图；
图14为本发明实施例2风动无人勘测船在海草区域探头工作状态示意图；
图15为水下高程计算示意图；
图16为声呐测深数值与波束角的关系示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1：
一种防水草的智能收放探头风动无人勘测船，如图1-6所示，包括船体1、探头位置调节机构、控制器2及电池，所述船体为u型充气船体，在船体的前部安装控制器，在船体的中部安装探头位置调节机构，在船体的后部安装风扇动力系统。
在船体的顶面固装载物平台9，所述载物平台为格栅式，在载物平台的前侧固装控制器，在载物平台上固装一支架5，在支架上安装单风扇推动机构。
所述单风扇推动机构包括风扇7、风扇保护罩6、风舵板8及舵机，所述风扇安装在支架上，所述风扇保护罩为拱形，围绕风扇安装，在风扇保护罩的后侧上方焊接风舵板支撑横梁12，在风舵板支撑横梁与载物平台之间竖直安装两支撑板16，两支撑板间隔一定距离，在每一支撑板上均通过合页15铰装一风舵板，两风舵板平行设置，两个风舵板通过连杆结构10连接在一起，所述连杆结构与舵机连接在一起，在风扇保护罩的两侧对称固装两电池盒。
所述探头位置调节机构包括电动伸缩杆4、伸缩杆支座3和声呐探头11，伸缩杆支座固装在支架上，在伸缩杆支座上竖直固装一电动伸缩杆，所述电动伸缩杆从载物平台的镂空部位伸至船体底部，在电动伸缩杆的底端安装声呐探头，所述声呐探头通过角度调节机构与电动伸缩杆连接，所述角度调节机构包括支座13、转轴和探头支架14，所述支座固装在电动伸缩杆的底面，所述探头支架通过转轴与支座绞装连接，在探头支架的底面固装声呐探头。
所述电动伸缩杆采用不锈钢加铝合金制成，电动伸缩杆带有电位器伺服系统，可通过电位器获知收放的具体长度位置，电动伸缩杆的收放功能通过直流螺杆电机实现，电动伸缩杆通过pwm线路与控制器相连，控制器通过pwm信号控制电撑杆的收放，控制器通过数字链路与远程遥控器相连。角度调节机构可以调节声呐探头的俯仰角度，根据无人船运行后的实验数据反馈的imu(陀螺仪)前后倾斜数据，人工设定探头支架的俯仰角度，当电动伸缩杆处于收起状态时，声呐探头的位置高于船底，避免了托底以及水草缠绕问题。在电动伸缩杆的顶部安装安装rtk天线，rtk天线与声呐处于一条直线上，保证测量的声呐数据位置与实际rtk的测量点位位置的一致性。
在支架的上部安装声呐主机，声呐主机通过串口与载物平台上的控制器进行数据交换，当测量的深度值达到声呐的最小盲区(一般为0.5米)，则声呐探头自动升起收入船腹，防止声呐探头托底。
实施例2：
一种防水草的智能收放探头风动无人勘测船，如图7-10所示，包括船体1和载物平台9，所述船体为u型充气船体，在船体顶面固装载物平台，在载物平台顶面固装支架5，在支架的顶面中部安装控制器2，在支架的顶面后侧安装双风扇推动机构，所述双风扇推动机构包括两个风扇7，两个风扇由控制器差速推进控制。在支架的前侧顶端固装探头位置调节机构，探头位置调节机构的结构与实施例1相同，在载物平台上对应探头位置调节机构的电动伸缩杆的位置制有通孔，使电动伸缩杆可从该通孔穿出。在载物平台顶面支架的下方固装电池盒17。
本发明还提供一种基于防水草的智能收放探头风动无人勘测船的勘测方法，包括以下步骤：
步骤1、对无人勘测船船体进行充气，充气完成后开机并将无人勘测船推入水中。
步骤2、无人勘测船按照划定航线进行自动测量或者通过遥控进行测量。
步骤3、在水草茂盛的水域作业勘测时，无人勘测船沿着水岸平行航线运行，间隔5或10米停船一次下放声呐探头获取深度数据，如获得的深度数据明显小于上一点位深度，则判断为水草影响探头，无人船将声呐探头再下放10cm，或移动1-2米距离后再次下放探头测量。
在本步骤中，声呐探头自动记录测量数据，然后通过433m数传系统传输至岸边基站，岸边基站通过pc软件进行可视地图的监测，监测数据包含国际标准卫星定位协议nmea0183定位数据和深度数据。
所述深度数据的算法公式为：h＝h-[h1 d1 d2]*纠偏常数，其中h为深度数据，h为nmea0183高程，h1为rtk天线与水面之间的距离差，d1为声呐探头在是水下的初始深度，d2为电动伸缩杆所下放的长度，如图15所示。所述纠偏常数为固定值0.973，一般为(cos单波束波束角)。
图16中d1为声呐测得的数值即声波沿波速角斜边到水底的长度，d为实际深度值，α为波束角，根据三角关系，则获得纠偏参数为cos波束角，实际深度d为d1*cosα。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
1.一种风动无人勘测船，包括船体及控制器，其特征在于：在船体上通过探头位置调节机构安装探头，探头位置调节机构用于调节探头在水下的位置。
2.根据权利要求1所述的风动无人勘测船，其特征在于：所述的探头为声呐。
3.根据权利要求1所述的风动无人勘测船，其特征在于：所述的探头位置调节机构包括探头深度调节机构。
4.根据权利要求3所述的风动无人勘测船，其特征在于：所述的探头深度调节机构为电动伸缩杆。
5.根据权利要求3所述的风动无人勘测船，其特征在于：所述的探头位置调节机构还包括探头角度调节机构。
6.根据权利要求1所述的风动无人勘测船，其特征在于：所述的探头位置调节机构与控制器连接，控制器与远程遥控器连接。
7.根据权利要求1所述的风动无人勘测船，其特征在于：在探头的上方安装rtk天线，rtk天线与探头处于一条直线上。
8.根据权利要求1所述的风动无人勘测船，其特征在于：所述的船体为u型充气船体，在船体的后部上方安装风扇动力系统。
9.根据权利要求1所述的风动无人勘测船的勘测方法，其特征在于：在水草茂盛的水域作业勘测时，无人勘测船沿着水岸平行航线运行，间隔5或10米停船一次下放声呐探头获取深度数据，如获得的深度数据明显小于上一点位深度，则判断为水草影响探头，无人船将声呐探头再下放10-30cm，或移动1-2米距离后再次下放探头测量。
10.根据权利要求1所述的风动无人勘测船的勘测方法，其特征在于：所述深度数据的算法公式为：h＝h-[h1 d1 d2]*纠偏常数，其中h为深度数据，h为国际标准卫星定位协议nmea0183的高程，h1为rtk天线底面与水面之间的距离差,d1为声呐探头在是水下的初始深度，d2为电动伸缩杆所下放的深度，纠偏常数为波束角的余弦函数。
技术总结