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

1 無人船水下地形測量簡述

無人船水下地形測量方法是以無人船作為載體，針對待測水域下的地形進行測繪，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、機動化、網(wǎng)絡(luò)化的測量解決方案。本次研究采用項目作業(yè)的華微5 號流速流量無人測量船具有不擾動流場、測驗歷時短、測速范圍較大等優(yōu)勢，在項目中可以充分的滿足測量需求。能夠針對河道地形測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，讓船體自動按照計劃線行駛，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)項目為勘察、設(shè)計、施工提供有力的數(shù)據(jù)支持[1]。

2 應(yīng)用實例

2.1 項目介紹

粵西天然氣管網(wǎng)項目是為了擴大陽江、江門市天然其利用規(guī)模、推動當?shù)啬茉聪M升級和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、進一步促進當?shù)亟?jīng)濟綠色發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展而提出的建設(shè)項目，粵西市縣水網(wǎng)發(fā)達，在當?shù)亟?jīng)濟建設(shè)中起到很重要的作用。對其進行水下地形測量將有助于為相關(guān)建設(shè)活動提供有效的數(shù)據(jù)支持。文中主要是對陽江市轄區(qū)最大河流的漠陽江舉例說明，管道穿越長度1.46公里，河槽寬度0.8 公里，測量時水域?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 號流速流量無人測量船隨機處理軟件等進行測量。

2.2 施測方法

本次作業(yè)采用無人測量船技術(shù)，該船為上海華測導航技術(shù)股份有限公司研發(fā)的華微5 號流速流量無人測量船，該產(chǎn)品是一款專為內(nèi)陸湖泊設(shè)計的輕便小型自動無人測量船。船長1.6 米，自重10Kg，標配6 小時續(xù)航電池(可超配)，極大地方便了巡河排查作業(yè)。其系統(tǒng)特點是自重僅為10kg，便于攜帶。同時10cm 超淺吃水，能夠?qū)崿F(xiàn)全水域覆蓋測量，船體采用碳纖維復合材料，堅固耐用。系統(tǒng)采用無線傳輸+本地儲存可以實現(xiàn)遠程查看，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量質(zhì)量。并且華微5 號流速流量無人測量船的水深精度在±1%之間、流速精度在±0.25%、流速在±2mm/s 左右，適用于河道測量以及河底測量，其具體的測量應(yīng)用步驟為：

圖1 漠陽江穿越規(guī)劃圖

對粵西天然氣管網(wǎng)項目水下地形測量活動要在6 級風力以下天氣進行，根據(jù)斷面法進行施測，首先要在測探儀隨機導航軟件的支持下進行巡河，按照預先技術(shù)要求做好斷面計劃線，一般布置要與漠陽江的水流方向保持垂直的方向[2]。

無人船在測量時要盡可能的維持直線、勻速航行，如果需要變換測線時則要緩慢轉(zhuǎn)彎。在轉(zhuǎn)向以及變速時要及時定位。保障航向的變化不大于5°/min，實際航線與計劃測線的偏距不得大于測線間距的25%左右。同時在測量作業(yè)過程中無人船的擺動幅度不宜過大。當河面浪高超過60cm 時則要立即停止作業(yè)，以免對測量數(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)人員要校對好定位設(shè)備的時間、測量軟件的啟動以及坐標系統(tǒng)和投影參數(shù)等，同時還要進行遙控和采集偏航、走線設(shè)置等，根據(jù)測線間距編輯好圖上距離，連接測探儀與計算機的端口和通訊，在GNSS 準備就緒后，則可以開始巡河測量。測量人員需要將無人船啟動并自動巡航到測量水域內(nèi)，可以進行測點定位以及測探等作業(yè)，測量人員可以在岸上通過系統(tǒng)軟件的實時系統(tǒng)掌握無人船的軌跡以及測量獲得的地形圖。

在對漠陽江的水下地形進行測量時，無人船可能會漏測水下地形的最深點和最淺點等特征。這是由于在無人船的操作系統(tǒng)軟件中一般是根據(jù)預先設(shè)定的測點間距以及路線等進行測深和定位，所以測量人員可以在整理內(nèi)業(yè)時，根據(jù)無人船測探儀測深記錄上的模擬記錄信號，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，從而能夠獲得三維坐標數(shù)據(jù)，便于繪制水下地形圖。圖2、圖3 是無人船準備作業(yè)的場景。

圖2 無人船現(xiàn)場作業(yè)圖

圖3 無人船現(xiàn)場作業(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量作業(yè)中。通過對數(shù)據(jù)的編輯和校正后，再利用專業(yè)的測量軟件進行準確計算、修正水位。然后可以按照測量的日期對數(shù)據(jù)進行編排，此時要注意所有的原始數(shù)據(jù)要進行打印備份。最后對外業(yè)手薄進行整理和校正。采用Ocean Post-Processing V2.03f 處理軟件繪制漠陽江水下地形圖。本次無人船測量試驗嚴格執(zhí)行有關(guān)標準和項目各產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)定，同時參考《粵西天然氣主干管網(wǎng)項目(陽江-江門干線)1:1000 比例尺小型河流定向鉆穿越測量項目設(shè)計書》的要求執(zhí)行，確保本次測量結(jié)果真實準確，極大的提高了水下測繪工作效率，為粵西天然氣管網(wǎng)項目提供了有力的數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)語

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