無人測深技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用

□聶欣宇

傳統(tǒng)的水深測量方法主要是采用測深儀搭載船舶，配合GPS定位技術(shù)，得到三維信息，受水位高低、雜物漂浮、通行不暢等限制，傳統(tǒng)方法存在很大不足，智能測量船將測深、定位、自動巡航等眾多技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了對水深的精確測量，突破了傳統(tǒng)測量的局限，極大的縮短了工作周期，提高了作業(yè)安全系數(shù)。因此，智能測量船針對淺灘、未知等困難水域的水下地形測量具有廣泛的應(yīng)用前景。

1.關(guān)鍵技術(shù)

南方智能測量船系統(tǒng)由專用軟件、岸基操控終端、外圍傳感模塊、自動導(dǎo)航模塊、小型無人船、聲吶探測模塊等部分組成，他將網(wǎng)絡(luò)化、智能導(dǎo)航控制、衛(wèi)星定位、測深等眾多技術(shù)相結(jié)合，提出了集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)動化、無人化、高精度的勘測解決方案。該系統(tǒng)可實現(xiàn)自動巡航，通過網(wǎng)絡(luò)模塊完成數(shù)據(jù)的實時傳輸和自動備份，同時，可以對航行軌跡的流速、水質(zhì)、水深、位置等參數(shù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集，然后通過專用軟件進(jìn)行后處理生成水下地形圖，并計算土方或庫容等。

一是系統(tǒng)應(yīng)用方面?？啥ㄖ菩詮?qiáng)；配備小型化RTK和測深傳感器；可搭載主流ADCP、聲吶、水質(zhì)監(jiān)測儀、水環(huán)境監(jiān)測設(shè)備等。

二是可實現(xiàn)自主導(dǎo)航和智能避障。針對無人船的自主導(dǎo)航、自動返航算法精度可靠；高精度的 GNSS（GPS、BDS、GLONASS、Galileo）模塊設(shè)計；地圖下載及任務(wù)規(guī)劃設(shè)計便捷。

三是實時通信。2km遙控器手動操控；測量數(shù)據(jù)及視頻實時傳輸；工作狀態(tài)和任務(wù)狀態(tài)實時傳輸；10km點對點射頻通訊。

四是專業(yè)船體設(shè)計。三體設(shè)計，重心低，航行穩(wěn)，抗3級風(fēng)浪；可插拔式雙舵機(jī)推進(jìn)，最高船速3m/s；全密封設(shè)計，防腐蝕，隔艙防沉，漏水報警。

五是高強(qiáng)度續(xù)航作業(yè)。高容量鋰聚合物電池，可靠工作7年以上，；2h以上超強(qiáng)續(xù)航；可選配備用電池。

六是無人船專用軟件。集測量導(dǎo)航、數(shù)據(jù)采集和后處理多功能于一體；按測量規(guī)范定制，可導(dǎo)入DXF底圖；實時顯示測量信息和船只狀態(tài)，軟件可直接操控船只。

2.實際應(yīng)用

全域治水清水潤城今冬明春主城區(qū)河道水系清淤工程測量是《唐山市全域治水清水潤城三年行動方案》的重點建設(shè)項目，該項目測量范圍涉及唐山市主城區(qū)共計70km河道。目前，水深測量的主要方法為測深儀和測深桿，但是面對主城區(qū)河道內(nèi)部蘆葦、藍(lán)藻、水藻、漂浮物等繁多，及橋梁涵洞林立、水面通行不暢等種種困難，傳統(tǒng)方法存在很大的不足。

為按時完成測量任務(wù)，項目組引進(jìn)了南方智能測量船，面對城區(qū)復(fù)雜的水環(huán)境，通過大量的實踐數(shù)據(jù)，積極探索了不同的水環(huán)境對無人船測深精度的影響。

一是控制測量。根據(jù)已知控制資料、衛(wèi)星狀況、和交通情況等綜合考慮，利用GPS定位技術(shù)和河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行圖根控制測量，沿河道共布設(shè)圖根控制點58座，提高定位精度和工作效率。

二是內(nèi)業(yè)規(guī)劃設(shè)計。外業(yè)橫斷測量之前，內(nèi)業(yè)利用奧維及CASS8.1等軟件，按照50m的斷面間隔，生成橫斷線文件數(shù)據(jù)。

三是外業(yè)數(shù)據(jù)采集。外業(yè)水深測量采用南方智能測量船進(jìn)行。

水域測量選在波浪較小的天氣進(jìn)行；測深點按橫斷面布設(shè)，斷面方向原則上與岸線（或主流方向）相垂直；測深線和點位間距：此次測深線間隔布設(shè)為50m，點位布設(shè)為3m；定位與測深：南方智能測量船自帶導(dǎo)航系統(tǒng)，通過與南方靈銳S86T接收機(jī)連接，在“水文測量—無人船版本”軟件可視化窗口中顯示實際測量船的位置。若航線偏離計劃測線，測量員根據(jù)實時定位結(jié)果指揮船只返回計劃測線；水深檢查：每日測深結(jié)束后，對所測的測深斷面進(jìn)行檢查。檢查斷面與測深斷面宜垂直相交，檢查點數(shù)不應(yīng)少于5%。

四是內(nèi)業(yè)數(shù)處理。內(nèi)業(yè)利用VB和VLISP編程程序，自主研發(fā)了水利斷面軟件，自動提取橫斷面成果數(shù)據(jù)。由于水域與陸域采用統(tǒng)一的控制測量基準(zhǔn)，因此，可實現(xiàn)陸域與水域測繪成果的無縫結(jié)合，從而建立真實的橫斷面成果。

3.取得結(jié)論

該項目斷面測量完成以后，所有河道馬上進(jìn)入施工階段，為探索不同的測深設(shè)備、不同的水環(huán)境對測深精度的影響，分6個作業(yè)組，對排水后的河道分區(qū)復(fù)測，復(fù)測結(jié)果與水深測量結(jié)果相校核，最大誤差8cm，最小誤差0.5cm，成果精度可靠。

實踐證明：智能測量船利用無人測深技術(shù)獲取水下地形數(shù)據(jù)精度能夠滿足大比例尺地形圖水下地形測量的精度要求，且在復(fù)雜水域條件下，能夠大大降低測繪人員的勞動強(qiáng)度，提高外業(yè)測量效率，避免外業(yè)人員水上作業(yè)的危險。在大面積的水域，利用自動巡航技術(shù)，智能測量船可以得到更廣泛的應(yīng)用。

4.相關(guān)建議

智能測量船在實現(xiàn)高效、便捷、安全和經(jīng)濟(jì)的同時，作者通過實踐應(yīng)用，還發(fā)現(xiàn)了幾點不足之處有待完善。一是智能測量船的動力系統(tǒng)有待增強(qiáng)，在風(fēng)浪較大、水面雜草較多的水域，動力系統(tǒng)嚴(yán)重下降；二是船體較輕，易受風(fēng)浪、水流影響，影響測深精度；網(wǎng)絡(luò)模塊有待增強(qiáng)；三是在樹木密集的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)信號差，數(shù)據(jù)只能識別功能有待提高；四是測深儀對水草、雜物和漂浮物等不能只能識別，噪點較多，后期需要人工處理原始數(shù)據(jù)；五是自動避障功能有待提高。