本申請(qǐng)涉及船舶，尤其是涉及一種海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)方法、裝置及船只。

背景技術(shù)：

1、海面高是描述海面相對(duì)某一參考面的高度值。海面高與天文、氣象、海水密度、海洋環(huán)流結(jié)構(gòu)以及海底地形條件等因素密切相關(guān)。它是海洋學(xué)、大地測(cè)量學(xué)等學(xué)科研究海洋環(huán)流、海氣耦合、地球形狀等領(lǐng)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有極高的科學(xué)價(jià)值。目前，海面高測(cè)量主要依靠衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)和驗(yàn)潮站技術(shù)。衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)獲得的是星下點(diǎn)處海面高。目前，對(duì)同一地點(diǎn)的周期性重復(fù)觀測(cè)時(shí)間分辨率理論上最高的為9.9天，空間分布較為均勻，但點(diǎn)位分布密度稀疏，且在近海海面高觀測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量仍有提高的空間。驗(yàn)潮站測(cè)量海面高技術(shù)只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，主要沿海岸線分布，難以代表整個(gè)海域的海面高特征。船載gnss技術(shù)是一種新的近海海面高測(cè)量方法，其利用精密單點(diǎn)定位(ppp)技術(shù)靈活低成本、可獨(dú)立作業(yè)、不受基線長(zhǎng)度和基準(zhǔn)站限制等特點(diǎn)，可有效彌補(bǔ)衛(wèi)星測(cè)高和驗(yàn)潮站測(cè)量海面高時(shí)空分布的不足。

2、現(xiàn)有的船載gnss技術(shù)測(cè)量海面高的技術(shù)，存在以下不足：基于船載gnss測(cè)量海面高，需要確定同一時(shí)刻gnss的位置和瞬時(shí)水面的位置。而現(xiàn)有技術(shù)中采用壓力計(jì)采集的是壓力儀面到船只平均吃水面的平均距離，并不是瞬時(shí)水面。瞬間水面與平均水面的差別會(huì)影響基于船載gnss測(cè)量海面高的精度。此外，現(xiàn)有技術(shù)中未考慮波浪、海流、海面風(fēng)、風(fēng)速、潮汐等對(duì)船只姿態(tài)的影響，檢測(cè)精度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)方法、裝置及船只，綜合考慮多種因素影響下的船只姿態(tài)數(shù)據(jù)、臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度、基于水下壓力檢測(cè)裝置獲取到的水深值，計(jì)算出海面瞬時(shí)高度，可以提高海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)精度。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)方法，方法應(yīng)用于配置有g(shù)nss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置的船只；方法包括：獲取gnss設(shè)備的觀測(cè)數(shù)據(jù)；基于觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到gnss設(shè)備的坐標(biāo)信息；基于坐標(biāo)信息，確定gnss設(shè)備的距離大地高度以及船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息，確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度，作為gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離；其中，姿態(tài)數(shù)據(jù)包括：航向角、橫滾角、俯仰角；通過(guò)水下壓力檢測(cè)裝置獲取船只底部的水位壓力值，基于水位壓力值確定海面至水下壓力檢測(cè)裝置之間的水深值；根據(jù)gnss設(shè)備的距離大地高度、俯仰角、水深值以及gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離，確定海面瞬時(shí)高度。

3、進(jìn)一步地，上述根據(jù)船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息，確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度的步驟，包括：根據(jù)船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)，確定旋轉(zhuǎn)矩陣；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣、臂桿的臂長(zhǎng)參數(shù)、以及坐標(biāo)信息，計(jì)算得到臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度。

4、進(jìn)一步地，上述根據(jù)船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)，確定旋轉(zhuǎn)矩陣的步驟，包括：根據(jù)以下第一指定算式，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣：

5、

6、其中，r表示旋轉(zhuǎn)矩陣；h表示航向角；p表示俯仰角；r表示橫滾角。

7、進(jìn)一步地，上述根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣、臂桿的臂長(zhǎng)參數(shù)、以及坐標(biāo)信息，計(jì)算得到臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度的步驟，包括：按照如下第二指定算式，計(jì)算臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度：

8、p＝q+rm；

9、其中，p表示臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度；q表示gnss設(shè)備的坐標(biāo)信息；m表示臂桿的臂長(zhǎng)參數(shù)。

10、進(jìn)一步地，上述基于水位壓力值確定海面至水下壓力檢測(cè)裝置之間的水深值的步驟，包括：按照預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)換關(guān)系，將水位壓力值轉(zhuǎn)換為海面至水下壓力檢測(cè)裝置之間的水深值。

11、進(jìn)一步地，上述根據(jù)gnss設(shè)備的距離大地高度、俯仰角、水深值以及gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離，確定海面瞬時(shí)高度的步驟，包括：

12、按照如下第三指定算式計(jì)算海面瞬時(shí)高度：

13、ssh＝h1-bcosp+h2；

14、其中，ssh表示海面瞬時(shí)高度；h1表示gnss設(shè)備的距離大地高度；b表示gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離；p表示俯仰角；h2表示水深值。

15、進(jìn)一步地，上述gnss設(shè)備安裝于船只的船體上；水下壓力檢測(cè)裝置包括壓力計(jì)，安裝于船只的底部。

16、第二方面，本申請(qǐng)還提供一種海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)裝置，裝置應(yīng)用于配置有g(shù)nss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置的船只；裝置包括：數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取gnss設(shè)備的觀測(cè)數(shù)據(jù)；計(jì)算模塊，用于基于觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到gnss設(shè)備的坐標(biāo)信息；基于坐標(biāo)信息，確定gnss設(shè)備的距離大地高度以及船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息，確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度，作為gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離；其中，姿態(tài)數(shù)據(jù)包括：航向角、橫滾角、俯仰角；水深確定模塊，用于通過(guò)水下壓力檢測(cè)裝置獲取船只底部的水位壓力值，基于水位壓力值確定海面至水下壓力檢測(cè)裝置之間的水深值；高度確定模塊，用于根據(jù)gnss設(shè)備的距離大地高度、俯仰角、水深值以及gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離，確定海面瞬時(shí)高度。

17、第三方面，本申請(qǐng)還提供一種船只，船只上配置有處理器、gnss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置；處理器分別與gnss設(shè)備、水下壓力檢測(cè)裝置通信連接；處理器用于執(zhí)行如第一方面任一項(xiàng)所述的方法。

18、第四方面，本申請(qǐng)還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在被處理器調(diào)用和執(zhí)行時(shí)，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令促使處理器實(shí)現(xiàn)上述第一方面所述的方法。

19、本申請(qǐng)?zhí)峁┑暮Ｃ嫠矔r(shí)高度的檢測(cè)方法、裝置及船只中，方法應(yīng)用于配置有g(shù)nss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置的船只；首先獲取gnss設(shè)備的觀測(cè)數(shù)據(jù)；基于觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到gnss設(shè)備的坐標(biāo)信息；基于坐標(biāo)信息，確定gnss設(shè)備的距離大地高度以及船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)、坐標(biāo)信息，確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度，作為gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離；其中，姿態(tài)數(shù)據(jù)包括：航向角、橫滾角、俯仰角；通過(guò)水下壓力檢測(cè)裝置獲取船只底部的水位壓力值，基于水位壓力值確定海面至水下壓力檢測(cè)裝置之間的水深值；根據(jù)gnss設(shè)備的距離大地高度、俯仰角、水深值以及gnss設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離，確定海面瞬時(shí)高度。本申請(qǐng)中，通過(guò)gnss設(shè)備的觀測(cè)數(shù)據(jù)，確定受多種因素影響下的船只姿態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度，基于水下壓力檢測(cè)裝置獲取到水深值，基于上述多種數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算出海面瞬時(shí)高度，可以提高海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)精度。

技術(shù)特征：

1.一種海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)方法，其特征在于，所述方法應(yīng)用于配置有g(shù)nss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置的船只；所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)、所述坐標(biāo)信息，確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度的步驟，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)，確定旋轉(zhuǎn)矩陣的步驟，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣、臂桿的臂長(zhǎng)參數(shù)、以及所述坐標(biāo)信息，計(jì)算得到臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度的步驟，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述水位壓力值確定海面至水下壓力檢測(cè)裝置之間的水深值的步驟，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述gnss設(shè)備的距離大地高度、所述俯仰角、所述水深值以及所述gnss設(shè)備與所述水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離，確定海面瞬時(shí)高度的步驟，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述gnss設(shè)備安裝于所述船只的船體上；所述水下壓力檢測(cè)裝置包括水下壓力計(jì)，安裝于所述船只的底部。

8.一種海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置應(yīng)用于配置有g(shù)nss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置的船只；所述裝置包括：

9.一種船只，其特征在于，所述船只上配置有處理器、gnss設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置；所述處理器分別與所述gnss設(shè)備、所述水下壓力檢測(cè)裝置通信連接；所述處理器用于執(zhí)行如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令在被處理器調(diào)用和執(zhí)行時(shí)，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令促使處理器實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N海面瞬時(shí)高度的檢測(cè)方法、裝置及船只，方法應(yīng)用于配置有GNSS設(shè)備和水下壓力檢測(cè)裝置的船只；方法包括：獲取設(shè)備的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，得到設(shè)備的坐標(biāo)信息，確定設(shè)備的距離大地高度以及船只的姿態(tài)數(shù)據(jù)；進(jìn)一步確定臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度，作為設(shè)備與水下壓力檢測(cè)裝置之間的距離；通過(guò)水下壓力檢測(cè)裝置獲取船只底部的水位壓力值，進(jìn)而確定水深值；根據(jù)設(shè)備的距離大地高度、俯仰角、水深值以及設(shè)備與檢測(cè)裝置之間的距離，確定海面瞬時(shí)高度。本申請(qǐng)綜合考慮多種因素影響下的船只姿態(tài)數(shù)據(jù)、臂桿在地球參考橢球法線方向的長(zhǎng)度、以及基于水下壓力檢測(cè)裝置獲取到的水深值，計(jì)算出海面瞬時(shí)高度，可以提高檢測(cè)精度。

技術(shù)研發(fā)人員：柯寶貴,薛樹強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6