無人船在水下地形測量中的應用分析

劉宸

（長江南京航道局，江蘇 南京 210011）

當前，河流管理是關(guān)系到交通、生態(tài)和流域災害防治的重要工作內(nèi)容。進行河流管理，疏浚航道，都需要準確、可靠的河流地理數(shù)據(jù)的支持，水下地形測量尤為重要。相比傳統(tǒng)測量方式，無人船測量系統(tǒng)能夠以高精密設(shè)備和先進技術(shù)，獲取便捷、高效、準確的水下地形圖，尤其在智能化技術(shù)的加持之下，無人船測量系統(tǒng)仍在不斷更新。相關(guān)單位應當對無人船的應用進行分析和掌握，采取有效的優(yōu)化措施，以便發(fā)揮無人船在水下地形測量中的最大優(yōu)勢。

1 無人船測量系統(tǒng)構(gòu)成

無人船系統(tǒng)的構(gòu)成主要分為兩大部分，分別是作業(yè)系統(tǒng)和船體系統(tǒng)。其中GNSS 定位系統(tǒng)和測深系統(tǒng)是作業(yè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分；船體構(gòu)造、通信系統(tǒng)、避障、動力系統(tǒng)、導航系統(tǒng)以及視頻系統(tǒng)等構(gòu)成了船體系統(tǒng)。在無人船系統(tǒng)中作為核心的就是無人船測量系統(tǒng)，其主要的任務(wù)就是導航定位和測量水深，無人船測量系統(tǒng)由非常多且復雜的設(shè)備構(gòu)成，主要有數(shù)字測深儀、距離傳感器、全角度攝像頭、姿態(tài)傳感器以及GNSS 接收機等。在執(zhí)行導航定位任務(wù)的時候，其主要依據(jù)的原理是GNSS-R TK 動態(tài)差分定位原理，將GNSS 基準站架設(shè)在岸基上，其主要任務(wù)是接收GNSS 衛(wèi)星信號之后將處理后的差分數(shù)據(jù)向無人船上的GNSS 接收機傳送，這樣就能夠很好地進行導航和定位了。船體上安裝有數(shù)字測深儀，其借助換能器可以把電能轉(zhuǎn)換成聲能，向水底發(fā)射聲能之后，聲能抵達水底返回的時候是以回波形式返回，這時還是可以通過換能器對回波電能信號進行檢測，這樣一來就可以精準計算傳播時間了，進而能夠很好地測量水深，其可以以回波圖形顯示在屏幕上。

2 無人船測量系統(tǒng)的特點

在開展水下地形測繪的時候其中一種方式就是借助無人船測量水下地形，無人船測量的特點是小巧且高效，輕便靈活、吃水淺，因此被測繪相關(guān)單位青睞。無人船船體小巧非常方便攜帶，具有非常高的隱蔽性和靈活性，且其速度快、阻力小有比較好的耐波性，具有非常穩(wěn)定的航行狀態(tài)。另外還能夠搭載武器系統(tǒng)、高精度傳感器系統(tǒng)、可靠通信系統(tǒng)以及導航控制系統(tǒng)等。無人船推進器采用的是可拆卸模塊化涵道式，不僅能夠很好地處理水草、防漁網(wǎng)纏繞問題，還可以靈活地進行更換，維護起來也非常方便。無人船螺旋槳使用的是直流無刷電機驅(qū)動，其特點是可靠性高且速度快。利用無人船開展地形測繪時，不僅高效便捷、安全可靠，而且還有比較低的運行成本，和傳統(tǒng)測量相比具有很大的優(yōu)勢。

3 水下地形測量中無人船的應用

3.1 測量實例

下面我們以某個河道實際的測量工作舉例，展開詳細介紹，對河道疏浚前后的水下地形開展測量活動時采用的是無人測量船，該河道有約4.85 平方千米的水下面積，通過Cass9.1 地形地籍成圖軟件進行內(nèi)業(yè)繪圖。由于無人測量船提升了抗風浪性能，也一定程度上改善了其吃水情況和平穩(wěn)性，所以在應用時變得更加的方便。

3.2 具體應用

（1）水下地形測量。測量河道水下地形之前，必須得做好準備工作。準備工作包括校正好坐標系統(tǒng)精準度、調(diào)試好水下測量軟件、確定好定位時間等，控制好系統(tǒng)工作問題，防止由于準備工作不到位導致水下地形測量出現(xiàn)嚴重誤差。連接好GNSS 設(shè)備之后就能夠進入到測量活動了，必須得設(shè)置自動巡航模式，當進入需要測量的水域之后就可以開啟測深和測點的任務(wù)了。測量該地區(qū)河道水下地形時，可以借助智能控制技術(shù)設(shè)置好前期航線，接下來就可以利用自動化來開展相關(guān)的測量活動。當天氣情況不佳時，只要是6 級以下風力都是能夠繼續(xù)執(zhí)行測量任務(wù)的，不過需要測量人員在相關(guān)軟件的支撐下對河段具體情況進行分析，以便可以合理且科學地規(guī)劃好斷面計劃線，確保計劃線和水流方向是互相垂直的關(guān)系。無人測量船在執(zhí)行相關(guān)任務(wù)的時候船只姿態(tài)要保持直線，另外運行的時候要保持勻速狀態(tài)。若是需要對河道測線進行改動的話，必須得注意定位工作要做好，防止出現(xiàn)浮動和擺動情況，另外還需要準備好變速和轉(zhuǎn)向。執(zhí)行水下地形測量任務(wù)時必須控制好風浪高度。若是風浪在0.6 米以上的話，會導致探測儀回聲起伏數(shù)值大，這就會影響到測量精度，因此控制工作的開展非常有必要。執(zhí)行在線測量活動時常常會有最淺點側(cè)漏問題發(fā)生，所以預先要針對這些問題做好相關(guān)準備工作，控制好測量位點和測量間距。

（2）處理水下地形測量數(shù)據(jù)和繪圖。對測量得到的數(shù)據(jù)進行編輯和校正后，還得在軟件支撐下開展更具專業(yè)性的分析，通過專業(yè)軟件的計算對地下地形地勢以及水位等進行深入分析，同時還要整理歸納好相關(guān)資料。對測繪資料進行分類編排的時候，對疏浚前后的水下地形可以展開深入分析，然后再根據(jù)無人測量船測得數(shù)據(jù)等，開展相關(guān)圖紙構(gòu)建工作。

（3）布置檢查線和檢查精準度。無人測量船執(zhí)行測量任務(wù)的時候，必須得將任務(wù)所在位置檢查線構(gòu)筑好，另外檢查線必須得垂直于主測深線，同時長度不能過短，必須得超過主測深線。值得注意的是，交叉位置高度必須得小于標準值0.2 米?？刂坪盟碌匦螠y量精準度是開展水下地形分析的關(guān)鍵，該項工作做好了才能夠確保測量工作是有效且可靠的。另外和傳統(tǒng)人工測量進行比較，這也是無人測量船的優(yōu)勢所在。

4 智能無人測量船應用效果優(yōu)化具體措施

（1）借助智能無人測量船執(zhí)行相關(guān)的測量任務(wù)時，對于運行效率和技術(shù)控制體系的優(yōu)化升級等應當給予相應的重視，這樣無人測量船才能夠取得理想的測量效果。尤其是對于智能避障功能要給予更多的關(guān)注，這可以有效提升無人測量船復雜環(huán)境工作能力和工作效率，無人測量船技術(shù)在此基礎(chǔ)上才能夠?qū)⑵涔δ芎蛢?yōu)勢發(fā)揮出來。實際應用中智能無人測量船視線會被水下環(huán)境干擾影響，導致其不能夠很精準地判斷障礙物距離，這在實際工作中可能會導致出現(xiàn)安全隱患。這個時候就凸顯出探測元件應用的必要性和重要性了，能夠?qū)⒋w和障礙物碰撞概率降下來。

（2）執(zhí)行水下地形測量任務(wù)時對于岸基系統(tǒng)優(yōu)化也要給予相應的重視，確保智能無人測量船信息交流單元可以和岸基系統(tǒng)控制單元高效連接起來，以便更好地管理測量工作的開展，這樣一來工作水平得以提升，能夠更及時、系統(tǒng)且完整的傳輸河道斷面數(shù)據(jù)信息。

（3）若是采用的是手動模式的話，對于優(yōu)化視頻傳輸模塊應當重視起來，可以借助設(shè)備攝像頭采集相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，另外還可以借助超聲波自動規(guī)避障礙物，同時可以精準地判斷出船體到障礙區(qū)的具體距離。

5 結(jié)束語

綜上所述，無人船技術(shù)是水下地形測量的重要技術(shù)，具有安全性高、避免事故、效率高、成本低、精度高等多種優(yōu)勢。相關(guān)部門在水下地形測量實際工作中，應當加強對無人船測量系統(tǒng)的應用，做好準備工作，對設(shè)備、軟件、系統(tǒng)等進行調(diào)試，科學合理地處理測量數(shù)據(jù)和測繪圖，重視檢查線的設(shè)置和檢查精準度的控制。還應當采取有效的優(yōu)化措施，對其技術(shù)控制體系進行優(yōu)化，加強岸基系統(tǒng)的改進，加強視頻傳輸模塊的設(shè)計等，提升技術(shù)應用效果。