無人船在粵西天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目水下地形測(cè)量中的應(yīng)用

李作開(大慶油田工程有限公司，黑龍江 大慶 163712)

0 引言

在粵西天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目中，使用傳統(tǒng)的水下地形測(cè)量方法無法高效的獲得相應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)。而且載人船相對(duì)較大，吃水較深，不能夠靠近淺水和淺灘地區(qū)進(jìn)行測(cè)量，作業(yè)人員的人身安全不能得到保障，不利于項(xiàng)目的正常開展。而應(yīng)用無人船測(cè)量技術(shù)則能夠在淺水以及內(nèi)河航道、水庫、碼頭等區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，從而為天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 無人船水下地形測(cè)量簡(jiǎn)述

無人船水下地形測(cè)量方法是以無人船作為載體，針對(duì)待測(cè)水域下的地形進(jìn)行測(cè)繪，其可以搭載高精度的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，提出智能化、無人化、集成化、機(jī)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的測(cè)量解決方案。本次研究采用項(xiàng)目作業(yè)的華微5 號(hào)流速流量無人測(cè)量船具有不擾動(dòng)流場(chǎng)、測(cè)驗(yàn)歷時(shí)短、測(cè)速范圍較大等優(yōu)勢(shì)，在項(xiàng)目中可以充分的滿足測(cè)量需求。能夠針對(duì)河道地形測(cè)量以及管道穿越中線上河底縱斷數(shù)據(jù)的采集和輔助圖紙繪制等功能，在油氣管網(wǎng)鋪設(shè)和改造工程中發(fā)揮了巨大作用。而且無人船結(jié)合定位、無線傳輸于一體，讓船體自動(dòng)按照計(jì)劃線行駛，人員只需在岸邊接收數(shù)據(jù)，無需人員水上作業(yè)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的水上無人化作業(yè)。在粵西天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目為勘察、設(shè)計(jì)、施工提供有力的數(shù)據(jù)支持[1]。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目介紹

粵西天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目是為了擴(kuò)大陽江、江門市天然其利用規(guī)模、推動(dòng)當(dāng)?shù)啬茉聪M(fèi)升級(jí)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、進(jìn)一步促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)綠色發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展而提出的建設(shè)項(xiàng)目，粵西市縣水網(wǎng)發(fā)達(dá)，在當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)中起到很重要的作用。對(duì)其進(jìn)行水下地形測(cè)量將有助于為相關(guān)建設(shè)活動(dòng)提供有效的數(shù)據(jù)支持。文中主要是對(duì)陽江市轄區(qū)最大河流的漠陽江舉例說明，管道穿越長(zhǎng)度1.46公里，河槽寬度0.8 公里，測(cè)量時(shí)水域?qū)挾葹?.36 公里(如圖1所示)，采用地形地籍成圖軟件以及華微5 號(hào)流速流量無人測(cè)量船隨機(jī)處理軟件等進(jìn)行測(cè)量。

2.2 施測(cè)方法

本次作業(yè)采用無人測(cè)量船技術(shù)，該船為上海華測(cè)導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司研發(fā)的華微5 號(hào)流速流量無人測(cè)量船，該產(chǎn)品是一款專為內(nèi)陸湖泊設(shè)計(jì)的輕便小型自動(dòng)無人測(cè)量船。船長(zhǎng)1.6 米，自重10Kg，標(biāo)配6 小時(shí)續(xù)航電池(可超配)，極大地方便了巡河排查作業(yè)。其系統(tǒng)特點(diǎn)是自重僅為10kg，便于攜帶。同時(shí)10cm 超淺吃水，能夠?qū)崿F(xiàn)全水域覆蓋測(cè)量，船體采用碳纖維復(fù)合材料，堅(jiān)固耐用。系統(tǒng)采用無線傳輸+本地儲(chǔ)存可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看，能夠在一定程度上避免網(wǎng)橋不定延遲等現(xiàn)象。而且能夠?qū)崿F(xiàn)2KM 無線數(shù)傳+控制，可以最大限度的保障水下地形測(cè)量質(zhì)量。并且華微5 號(hào)流速流量無人測(cè)量船的水深精度在±1%之間、流速精度在±0.25%、流速在±2mm/s 左右，適用于河道測(cè)量以及河底測(cè)量，其具體的測(cè)量應(yīng)用步驟為：

圖1 漠陽江穿越規(guī)劃圖

對(duì)粵西天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目水下地形測(cè)量活動(dòng)要在6 級(jí)風(fēng)力以下天氣進(jìn)行，根據(jù)斷面法進(jìn)行施測(cè)，首先要在測(cè)探儀隨機(jī)導(dǎo)航軟件的支持下進(jìn)行巡河，按照預(yù)先技術(shù)要求做好斷面計(jì)劃線，一般布置要與漠陽江的水流方向保持垂直的方向[2]。

無人船在測(cè)量時(shí)要盡可能的維持直線、勻速航行，如果需要變換測(cè)線時(shí)則要緩慢轉(zhuǎn)彎。在轉(zhuǎn)向以及變速時(shí)要及時(shí)定位。保障航向的變化不大于5°/min，實(shí)際航線與計(jì)劃測(cè)線的偏距不得大于測(cè)線間距的25%左右。同時(shí)在測(cè)量作業(yè)過程中無人船的擺動(dòng)幅度不宜過大。當(dāng)河面浪高超過60cm 時(shí)則要立即停止作業(yè)，以免對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)和無人船安全造成影響。

在無人船巡河作業(yè)前，技術(shù)人員要校對(duì)好定位設(shè)備的時(shí)間、測(cè)量軟件的啟動(dòng)以及坐標(biāo)系統(tǒng)和投影參數(shù)等，同時(shí)還要進(jìn)行遙控和采集偏航、走線設(shè)置等，根據(jù)測(cè)線間距編輯好圖上距離，連接測(cè)探儀與計(jì)算機(jī)的端口和通訊，在GNSS 準(zhǔn)備就緒后，則可以開始巡河測(cè)量。測(cè)量人員需要將無人船啟動(dòng)并自動(dòng)巡航到測(cè)量水域內(nèi)，可以進(jìn)行測(cè)點(diǎn)定位以及測(cè)探等作業(yè)，測(cè)量人員可以在岸上通過系統(tǒng)軟件的實(shí)時(shí)系統(tǒng)掌握無人船的軌跡以及測(cè)量獲得的地形圖。

在對(duì)漠陽江的水下地形進(jìn)行測(cè)量時(shí)，無人船可能會(huì)漏測(cè)水下地形的最深點(diǎn)和最淺點(diǎn)等特征。這是由于在無人船的操作系統(tǒng)軟件中一般是根據(jù)預(yù)先設(shè)定的測(cè)點(diǎn)間距以及路線等進(jìn)行測(cè)深和定位，所以測(cè)量人員可以在整理內(nèi)業(yè)時(shí)，根據(jù)無人船測(cè)探儀測(cè)深記錄上的模擬記錄信號(hào)，在原始記錄的數(shù)據(jù)中精確的提取深水和淺水的特征點(diǎn)，從而能夠獲得三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，便于繪制水下地形圖。圖2、圖3 是無人船準(zhǔn)備作業(yè)的場(chǎng)景。

圖2 無人船現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖

圖3 無人船現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)基站部分

2.3 數(shù)據(jù)處理與繪圖

在漠陽江段的無人船水下地形測(cè)量作業(yè)中。通過對(duì)數(shù)據(jù)的編輯和校正后，再利用專業(yè)的測(cè)量軟件進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算、修正水位。然后可以按照測(cè)量的日期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編排，此時(shí)要注意所有的原始數(shù)據(jù)要進(jìn)行打印備份。最后對(duì)外業(yè)手薄進(jìn)行整理和校正。采用Ocean Post-Processing V2.03f 處理軟件繪制漠陽江水下地形圖。本次無人船測(cè)量試驗(yàn)嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目各產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)定，同時(shí)參考《粵西天然氣主干管網(wǎng)項(xiàng)目(陽江-江門干線)1:1000 比例尺小型河流定向鉆穿越測(cè)量項(xiàng)目設(shè)計(jì)書》的要求執(zhí)行，確保本次測(cè)量結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確，極大的提高了水下測(cè)繪工作效率，為粵西天然氣管網(wǎng)項(xiàng)目提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

綜上所述，無人船在水下地形測(cè)量作業(yè)中具有體積輕巧、吃水淺等特點(diǎn)，既能夠解決載人船租借困難的問題，也能夠降低載人船測(cè)量的危險(xiǎn)系數(shù)，可以在最大限度內(nèi)提高工作效率和測(cè)量水平。對(duì)于近海、水電站以及湖泊、城市內(nèi)河等水下地形測(cè)繪具有相對(duì)顯著的優(yōu)勢(shì)。因此無人測(cè)量船在未來的水域測(cè)繪、水域勘察、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、甚至是軍事方面的應(yīng)用都有較大的市場(chǎng)前景。