本发明公开了一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统及工作方法，属于地球物理海洋测绘领域，包括协同编队系统、星间差分定位系统、双天线RTK定位、海底地形测量系统。无人船将测得的数据抽稀后通过无线传输传给主船，实现对无人船测量数据的实时监控，所有数据采用本地保存用于后处理；测量完成后按照航迹的经纬度将三台设备的测量数据进行融合。本发明主要用于海洋地形测量，通过多台测量设备协同工作提高了海底测量的精度，其测量数据按照位置信息融合形成高精度的海底地形图，地图形成的工作过程全自动化，不需要大量的人员操控；实际测量中，船只仅在测线上航行一次即可完成海底地形图绘制，极大地降低了测量成本。
1.一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统的工作方法，其特征在于，使用基于协同编队系统的海底地形勘察系统，所述系统包括科考船和两艘无人船组成的协同编队系统、星间差分定位设备、双天线RTK定位设备、海底地形勘察测量设备和无人船遥控系统；
所述科考船搭载协同编队系统的主机和浅地层剖面仪，按照预先设定的测线航行，同时向后方行驶的两艘无人船实时播发航行轨迹用于无人船导航；所述两艘无人船搭载协同编队系统的从机，其中一艘搭载多波束测深仪，另一艘搭载侧扫声呐，两艘无人船按照科考船所播发的航行轨迹自动跟随航行；所述浅地层剖面仪利用声波探测浅底地层的剖面结构，所述侧扫声呐利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体并存储测量信息，所述多波束测深仪测量海底地形并存储测量信息；
所述星间差分定位设备为科考船提供精确的位置信息，并根据该位置信息按照设定的测线行驶；
所述双天线RTK定位设备为两艘无人船提供以科考船为基站的定位信息和航向信息；
所述海底地形勘察测量设备包括浅地层剖面仪、多波束测深仪和侧扫声呐；
所述无人船遥控系统基于2.4G通讯协议通过人为手动控制无人船的航行；
基于协同编队系统的海底地形勘察系统的工作方法包括：S1.安装需要搭载的设备，科考船搭载浅地层剖面仪、星间差分定位设备和协同编队系统主机，第一无人船搭载侧扫声呐、第二无人船搭载多波束测深仪，两艘无人船都搭载双天线RTK定位设备和协同编队系统从机；
S3.科考船位于测线起点，下放两艘无人船，并开启所搭载设备，科考船按照测线航行，航行过程中对搭载测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质量；
S4.航行结束后按照航线的位置信息，对测量信息进行处理，将测量到的信息进行匹配，形成完整的海底地形图；
S1.1.将海底地形勘察测量设备根据其各自的安装要求固定在特定的固定支架上；
S1.2.将星间差分定位设备安装到科考船船舱内部，星间差分定位设备的天线安装到科考船高处的无遮挡位置；
S1.3双天线RTK定位设备安装到无人船的内部，双天线RTK定位设备的两根天线安装到无人船船体最顶部的无遮挡位置；
协同编队系统包括硬件设备和信息反馈系统，所述硬件设备包括主机和从机，主机和从机通过电台建立通讯，协同编队系统的航行控制由无人船自主航行子系统控制；
所述步骤S3还包括：提取三种海底地形勘察测量设备的抽稀数据，通过信息反馈系统将抽稀数据的特征返回到科考船的监控平台，用以检测设备运行状况和数据质量；
提取科考船的实际航行经纬度和测量设备所存储的测量数据，按照实际航行的经纬度信息，将海底地形勘察测量设备进行数据融合，形成完整的海底地形图。
2.如权利要求1所述的一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统的工作方法，其特征在于，所述无人船进行自动跟随航行的工作过程包括：B1.协同编队系统的主机实时读取星间差分定位设备发出的定位信息并存储，所述主机通过电台实时将定位信息发送给两艘无人船上的从机；
B2.在科考船上建立GNSS基准站，通过电台实时播发RTCM3格式的差分信息；
B3.位于无人船上的双天线RTK定位设备通过电台接收科考船播发的差分信息，实现高精度定位，获取无人船自身的高精度实时位置；
B4.协同编队系统的从机读取本身的定位信息和航向信息，并将自身定位信息和航行信息与接收的科考船的定位信息基于经纬度做角度及距离计算；
B5.通过经纬度的角度和距离计算，得到无人船航行的期望角度和期望距离，交由无人船的动力控制模块控制无人船跟随科考船航行；
B6.通过期望距离控制无人船的航行速度，当期望距离小于50米的时候停止航行，当期望距离大于50米的时候，保持航行速度。
3.如权利要求2所述的一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统的工作方法，其特征在于，所述信息反馈系统的工作过程包括：K1.通过电台建立协同编队系统的主机和从机之间的连接，从机将读取到的RTK设备所播发的速度信息反馈给主机；
K2.通过多波束测深仪和侧扫声呐调整数据检测装置，对测量设备的数据进行抽稀后发送给主机，主机检测设备是否工作正常以及数据质量；
K3.协同编队系统的主机接收从机发来的回馈信息，根据设备错误检测装置提供的信息提示是否继续测量。
一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统及工作方法
技术领域
[0001] 本发明属于地球物理海洋测绘领域，具体涉及一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统及工作方法。
背景技术
[0002] 为了提高生产效率、降低作业难度、提高作业精准度，在进行海底地形测绘工作的时候，需要使用多波束测深仪、浅地层剖面仪、侧扫声呐等设备。浅地层剖面仪的主要测量
目的是对海底地形进行剖面展示，探测水底地质构造的情况，后期将其与其它设备的测量
信息按照位置信息进行数据融合，形成完整的海底地形信息，但是其探测的精准度比较高
的区域为其下方狭窄的矩形区域；侧扫声呐无法探测器其下方的区域，只能探测下方区域
两侧的区域；多波束测深仪用以测量海底地形的深度信息，绘制海底地形图。为提升测量的
海底地形图的精度，科考船下方的数据信息由浅地层剖面仪提供，两侧的数据信息由侧扫
声呐提供，需要将这些设备所测得的信息按照测量位置的信息进行数据融合，形成高精度
海底地形图。
[0003] 多种设备同时工作会出现信号频率干扰的现象，特别是浅地层剖面仪在使用高功率模式的时候会极大的影响到多波束测深仪和侧扫声呐。现有的解决方法是通过降低浅地
层剖面仪的功率或者采用声学同步器，控制设备间的相互干扰在可接受范围内，而当浅地
层剖面仪处于低功率模式时，其穿透力会增强，但是测量精度会大幅度降低。还有通过搭载
不同的设备重复跑测线，分批次测量，而当分批次搭载设备进行重复测量的时候，首先由于
科考船按照测线航行的实际航行轨迹会出现一定的偏差，每一次的航行无法做到完全一
致，导致后期数据融合过程会出现较大的误差；其次科考船航行成本较大，多次航行的时候
具有较大的经济成本，当测量海域较大的时候，测线较长的时候，需要大量的时间用于跑测
线，费时费力。
发明内容
[0004] 本发明公开一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统及工作方法，以解决现有技术中科考船航行成本大、经济成本高的问题。
[0005] 一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统，包括科考船和两艘无人船组成的协同编队系统、星间差分定位设备、双天线RTK定位设备、海底地形勘察测量设备和无人船遥
控系统；
[0006] 所述科考船搭载协同编队系统的主机和浅地层剖面仪，按照预先设定的测线航行，同时向后方行驶的两艘无人船实时播发航行轨迹用于无人船导航；所述两艘无人船搭
载协同编队系统的从机，其中一艘搭载多波束测深仪，另一艘搭载侧扫声呐，两艘无人船按
照科考船所播发的航行轨迹自动跟随航行；所述浅地层剖面仪利用声波探测浅底地层的剖
面结构，所述侧扫声呐利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体并存储测量信息，所述
多波束测深仪测量海底地形并存储测量信息；
[0007] 所述星间差分定位设备为科考船提供精确的位置信息，并根据该位置信息按照设定的测线行驶；
[0008] 所述双天线RTK定位设备为两艘无人船提供以科考船为基站的定位信息和航向信息；
[0009] 所述海底地形勘察测量设备包括浅地层剖面仪、多波束测深仪和侧扫声呐；
[0010] 所述无人船遥控系统基于2.4G通讯协议通过人为手动控制无人船的航行。
[0011] 一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统的工作方法，使用所述的基于协同编队系统的海底地形勘察系统，包括：
[0012] S1.安装需要搭载的设备，科考船搭载浅地层剖面仪、星间差分定位设备和协同编队系统主机，第一无人船搭载侧扫声呐、第二无人船搭载多波束测深仪，两艘无人船都搭载
双天线RTK定位设备和协同编队系统从机；
[0013] S2.调试海底地形勘察测量设备和协同编队系统；
[0014] S3.科考船位于测线起点，下放两艘无人船，并开启所搭载设备，科考船按照测线航行，航行过程中对搭载测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质
量；
[0015] S4.航行结束后按照航线的位置信息，对测量信息进行处理，将测量到的信息进行匹配，形成完整的海底地形图。
[0016] 优选地，步骤S1包括以下子步骤：
[0017] S1.1.将海底地形勘察测量设备根据其各自的安装要求固定在特定的固定支架上；
[0018] S1.2.将星间差分定位设备安装到科考船船舱内部，星间差分定位设备的天线安装到科考船高处的无遮挡位置；
[0019] S1.3双天线RTK定位设备安装到无人船的内部，双天线RTK定位设备的两根天线安装到无人船船体最顶部的无遮挡位置。
[0020] 优选地，协同编队系统包括硬件设备和信息反馈系统，所述硬件设备包括主机和从机，主机和从机通过电台建立通讯，协同编队系统的航行控制由无人船自主航行子系统
控制。
[0021] 优选地，所述步骤S3还包括：提取三种海底地形勘察测量设备的抽稀数据，通过信息反馈系统将抽稀数据的特征返回到科考船的监控平台，用以检测设备运行状况和数据质
量。
[0022] 优选地，所述步骤S4包括：
[0023] 提取科考船的实际航行经纬度和测量设备所存储的测量数据，按照实际航行的经纬度信息，将海底地形勘察测量设备进行数据融合，形成完整的海底地形图。
[0024] 优选地，所述无人船进行自动跟随航行的工作过程包括：
[0025] B1.协同编队系统的主机实时读取星间差分定位设备发出的定位信息并存储，所述主机通过电台实时将定位信息发送给两艘无人船上的从机；
[0026] B2.在科考船上建立GNSS基准站，通过电台实时播发RTCM3格式的差分信息；
[0027] B3.位于无人船上的双天线RTK定位设备通过电台接收科考船播发的差分信息，实现高精度定位，获取无人船自身的高精度实时位置；
[0028] B4.协同编队系统的从机读取本身的定位信息和航向信息，并将自身定位信息和航行信息与接收的科考船的定位信息基于经纬度做角度及距离计算；
[0029] B5.通过经纬度的角度和距离计算，得到无人船航行的期望角度和期望距离，交由无人船的动力控制模块控制无人船跟随科考船航行；
[0030] B6.通过期望距离控制无人船的航行速度，当期望距离小于50米的时候停止航行，当期望距离大于50米的时候，保持航行速度。
[0031] 优选地，所述信息反馈系统的工作过程包括：
[0032] K1.通过电台建立协同编队系统的主机和从机之间的连接，从机将读取到的RTK设备所播发的速度信息反馈给主机；
[0033] K2.通过多波束测深仪和侧扫声呐调整数据检测装置，对测量设备的数据进行抽稀后发送给主机，主机检测设备是否工作正常以及数据质量；
[0034] K3.协同编队系统的主机接收从机发来的回馈信息，根据设备错误检测装置提供的信息提示是否继续测量。
[0035] 与现有的技术相比，本发明具有很好的实用性和经济价值，完成多台设备满功率工作，提高了测量的精度，其测量数据可以按照位置信息融合，形成高精度的海底地形图，
并且操作简单，不需要大量的人员操控；在实际测量过程中，只需要测线航行一次即可，极
大地降低了测量成本。
具体实施方式
[0036] 下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
[0037] 一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统，包括科考船和两艘无人船组成的协同编队系统、星间差分定位设备、双天线RTK定位设备、海底地形勘察测量设备和无人船遥
控系统；
[0038] 所述科考船搭载协同编队系统的主机和浅地层剖面仪，按照预先设定的测线航行，同时向后方行驶的两艘无人船实时播发航行轨迹用于无人船导航；所述两艘无人船搭
载协同编队系统的从机，其中一艘搭载多波束测深仪，另一艘搭载侧扫声呐，两艘无人船按
照科考船所播发的航行轨迹自动跟随航行；所述浅地层剖面仪利用声波探测浅底地层的剖
面结构，所述侧扫声呐利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体并存储测量信息，所述
多波束测深仪测量海底地形并存储测量信息；
[0039] 所述星间差分定位设备为科考船提供精确的位置信息，并根据该位置信息按照设定的测线行驶；
[0040] 所述双天线RTK定位设备为两艘无人船提供以科考船为基站的定位信息和航向信息；
[0041] 所述海底地形勘察测量设备包括浅地层剖面仪、多波束测深仪和侧扫声呐；
[0042] 所述无人船遥控系统基于2.4G通讯协议通过人为手动控制无人船的航行。
[0043] 一种基于协同编队系统的海底地形勘察系统的工作方法，使用所述的基于协同编队系统的海底地形勘察系统，包括：
[0044] S1.安装需要搭载的设备，科考船搭载浅地层剖面仪、星间差分定位设备和协同编队系统主机，第一无人船搭载侧扫声呐、第二无人船搭载多波束测深仪，两艘无人船都搭载
双天线RTK定位设备和协同编队系统从机；
[0045] S2.调试海底地形勘察测量设备和协同编队系统；
[0046] S3.科考船位于测线起点，下放两艘无人船，并开启所搭载设备，科考船按照测线航行，航行过程中对搭载测量设备的测量数据进行抽稀反馈，监测设备运行状态和数据质
量；
[0047] S4.航行结束后按照航线的位置信息，对测量信息进行处理，将测量到的信息进行匹配，形成完整的海底地形图。
[0048] 步骤S1包括以下子步骤：
[0049] S1.1.将海底地形勘察测量设备根据其各自的安装要求固定在特定的固定支架上；
[0050] S1.2.将星间差分定位设备安装到科考船船舱内部，星间差分定位设备的天线安装到科考船高处的无遮挡位置；
[0051] S1.3双天线RTK定位设备安装到无人船的内部，双天线RTK定位设备的两根天线安装到无人船船体最顶部的无遮挡位置。
[0052] 协同编队系统包括硬件设备和信息反馈系统，所述硬件设备包括主机和从机，主机和从机通过电台建立通讯，协同编队系统的航行控制由无人船自主航行子系统控制。
[0053] 所述步骤S3还包括：提取三种海底地形勘察测量设备的抽稀数据，通过信息反馈系统将抽稀数据的特征返回到科考船的监控平台，用以检测设备运行状况和数据质量。
[0054] 所述步骤S4包括：
[0055] 提取科考船的实际航行经纬度和测量设备所存储的测量数据，按照实际航行的经纬度信息，将海底地形勘察测量设备进行数据融合，形成完整的海底地形图。
[0056] 所述无人船自主航行子系统控制的工作过程包括：
[0057] B1.协同编队系统的主机实时读取星间差分定位设备发出的定位信息并存储，所述主机通过电台实时将定位信息发送给两艘无人船上的从机；
[0058] B2.在科考船上建立GNSS基准站，通过电台实时播发RTCM3格式的差分信息；
[0059] B3.位于无人船上的双天线RTK定位设备通过电台接收科考船播发的差分信息，实现高精度定位，获取无人船自身的高精度实时位置；
[0060] B4.协同编队系统的从机读取本身的定位信息和航向信息，并将自身定位信息和航行信息与接收的科考船的定位信息基于经纬度做角度及距离计算；
[0061] B5.通过经纬度的角度和距离计算，得到无人船航行的期望角度和期望距离，交由无人船的动力控制模块控制无人船跟随科考船航行；
[0062] B6.通过期望距离控制无人船的航行速度，当期望距离小于50米的时候停止航行，当期望距离大于50米的时候，保持航行速度。
[0063] 所述信息反馈系统的工作过程包括：
[0064] K1.通过电台建立协同编队系统的主机和从机之间的连接，从机将读取到的RTK设备所播发的速度信息反馈给主机；
[0065] K2.通过多波束测深仪和侧扫声呐调整数据检测装置，对测量设备的数据进行抽稀后发送给主机，主机检测设备是否工作正常以及数据质量；
[0066] K3.协同编队系统的主机。
[0067] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的
保护范围。
