水库库容的无人船自动巡航测算方法研究

发布时间：2020-05-13 13:31

【摘要】：水库是我国水利工程体系的重要组成部分,具有防洪、灌溉、航运等功能。水库的蓄水量称为库容量,即水库蓄水位以下的容积,简称库容。水库库容的监测工作是保证库区安全、灾害预警、防洪防汛的重要环节,同时也能够反映出水底泥沙淤积量的变化,是航道疏浚和航行安全的重要保障。由于水库的面积较大、环境复杂,所以传统的测量方法具有实施难度大、效率低、覆盖率低等问题;目前常见的库容计算方法如断面法、等高线法等不仅具有较多的限制条件,计算的准确率也仍有较大的提升空间。针对以往方法的不足,基于实验室自主研发的小型无人船,本文研究了水库库容的无人船自动巡航测算方法。论文的主要研究工作和创新点有:1.研究了学者Delaunay提出的三角剖分法(也称为Delaunay三角剖分法)并针对水库库容测算领域的特点提出了改进方法:基于最小内角方差的三角网剖分法,解决了Delaunay三角剖分法“临界跳变”的问题;并提出了“周长-水深比”法用于去除非水域区域的三角网格,减少库容计算的误差。2.针对初探数据覆盖率小、采样点分布不均匀等问题,提出了三角网格质量评估与补测点生成算法,对使用初探数据所构建的三角网进行评估,计算出地形复杂或采样点不足的区域,有针对性地增加补测点,经济、高效地提高了测量数据的完备度及库容测算的准确率。3.提出了能耗均衡的多无人船自动巡航路径规划算法,使用聚类算法将大规模的补测点集划分为多个小规模的点簇,成倍地降低了最短巡航路径的搜索时间,并且提出了点簇间的调整算法以达到多无人船能耗均衡的设计目的。4.使用来自美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)的公开探测数据进行仿真实验,通过对比实验验证了本文方法较传统库容计算方法的优越性,验证了三角网质量评估算法的可行性及有效性,同时也测试了能耗均衡的多无人船路径规划算法的路径搜索性能。使用实验室自主研发的无人船进行实地试验,测试无人船探测系统在实际工作中的可行性并探索需要改进的问题。
【图文】：

测量工作带来诸多挑战。针对这些问题，本章容计算方法中的关键技术。统（Global Positioning System，GPS）是目前地球表面绝大部分地区提供连续、实时、高精系统主要由三部分组成：卫星空间部分、地面分由 31 颗绕地运行的人造卫星组成，实现对监控卫星的运行状态[30]；用户接收机部分主显示当前的位置信息。GPS 不仅具有覆盖率收模块的成本低、体积小且节省能耗，十分适

由式（2-2）可知，需要求解的未知量为 GPS 接收器的坐标 x，y，z 以及 ，所位过程至少需要 4 颗卫星的定位信息才能求解出正确的位置坐标（x，y，，z）。.2 地理坐标系与投影坐标之间的转换地理坐标系使用经纬度表示地球上点的位置，虽然通过 GPS可以直接获取当度信息，但是计算水库库容必须计算出采样点之间的直线距离，所以需要将地中的经纬度信息转换为平面投影坐标系下的 x、y 坐标。由于地球的大地基准面近似可以看作一个椭球体，如果直接将椭球体表面的曲二维平面上，难免会产生许多割裂的缝隙。所以需要使用投影算法通过“拉伸缩”的方式将曲面上的点映射到二维的投影坐标系中。但是将曲面映射到二维免会产生变形，所以根据变形的不同投影算法可分为：等角投影、等距投影及。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV697;U664.82

【参考文献】

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4 冯超;张广学;;多波束系统与侧扫声纳系统的融合可行性分析[J];企业导报;2011年22期

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6 林文;;断面数据土方量计算方法研究[J];地矿测绘;2010年01期

7 刘春;孙伟伟;吴杭彬;;DEM地形复杂因子的确定及与地形描述精度的关系[J];武汉大学学报(信息科学版);2009年09期

8 李敏;吴浪;张开碧;;求解旅行商问题的几种算法的比较研究[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2008年05期

9 魏娜;吴志斌;袁细保;;三角网在库容计算中的应用[J];江西测绘;2008年01期

10 高圣益;李成国;;水库库容测量技术研究[J];人民长江;2007年10期

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4 杨玉春;测深侧扫声纳关键技术研究[D];中国舰船研究院;2014年

5 廖家志;基于曲面约束的空间Delaunay三角剖分方法研究[D];电子科技大学;2013年

本文编号：2662034