胡翔志

（山東省地質(zhì)測繪院，山東 濟(jì)南 250002）

以往，水下地形測量工作主要是將探測儀和GNSS接收機(jī)固定在載人船上，然后到指定的位置進(jìn)行水深等參數(shù)的測量工作，以獲取更多的位置坐標(biāo)信息。但是這種測量方式在實際的操作過程中，易受到外界環(huán)境的影響而出現(xiàn)測量誤差，如風(fēng)浪和人為操作的誤差等。同時，傳統(tǒng)水下地形測量的方法不僅精度不高，而且作業(yè)時間長、投入成本大且危險性比較大，所以對河道治理工作的長期發(fā)展有著許多的不利影響。此外，應(yīng)用傳統(tǒng)的水下地形測量方法在淺灘和淺水區(qū)進(jìn)行測量時，對外界環(huán)境的要求比較高。而無人測量船系統(tǒng)中有效融合了信息化、智能化的技術(shù)，如GPS定位技術(shù)、無人測量船智能導(dǎo)航技術(shù)、自動避障技術(shù)、實時通信技術(shù)和聲吶測深技術(shù)等，可以更好地避免外界因素的影響，在各種環(huán)境中都能穩(wěn)定地開展水下地形測量工作。通常只需要在GNSS導(dǎo)航設(shè)備和測深儀中將所需的工作指令編輯好，就可以實現(xiàn)對各種類型水域的水下地形的穩(wěn)定有效的測量，智能無人測量船技術(shù)在河道清理、測繪等方面發(fā)揮了十分重要的作用，也避免了人為測量的風(fēng)險性，為工作人員提供了安全的工作條件。

1 無人測量船概述

在傳統(tǒng)的測量工作中，載人船的體積相對較大，在水下地形測量的過程中受到吃水深度的影響，無法在岸邊、淺灘等區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)的測量，因此水下地形測量的范圍受到了限制。傳統(tǒng)測量載人船還需要皮劃艇等船只的輔助才能進(jìn)行一步進(jìn)行測量，但是皮劃艇等小型船只在測量時，一旦遇到湍急的水流和風(fēng)浪等就會面臨巨大的安全風(fēng)險，無法順利進(jìn)行水下地形測量工作。而無人測量船在應(yīng)用的過程中表現(xiàn)出了許多優(yōu)勢。在自動作業(yè)的過程中，無人測量船可以深入多種地形和水域甚至是危險區(qū)開展測量工作，如淺水域、水庫、海灣等，應(yīng)用十分廣泛，且有效保障了測量工作人員的安全性。對于無人測量船系統(tǒng)來說，其主要是由遙控?zé)o人測量船子系統(tǒng)、岸基控制系統(tǒng)等組成，其中，遙控?zé)o人測量船子系統(tǒng)中主要包括了力系統(tǒng)、船上控制系統(tǒng)、陀螺儀及CCD攝像頭等多種子系統(tǒng)，而岸基控制子系統(tǒng)發(fā)揮了十分重要的交互界面控制和無線傳輸?shù)淖饔?，可以接收和處理船體上的數(shù)據(jù)，也可以在自動控制的過程中進(jìn)行多角度的測量。無人測量船工作原理結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 無人測量船工作原理結(jié)構(gòu)示意圖

2 無人測量船的特點

無人測量船是水下地形測量的一種測繪新方式，經(jīng)過十幾年的發(fā)展歷程，加之信息技術(shù)手段、智能化探測技術(shù)手段的不斷發(fā)展，無人測量船在技術(shù)方面已經(jīng)有了極大的提升，航行和測量工作表現(xiàn)出了十分穩(wěn)定的特性，且智能化水平越來越高。在實際的應(yīng)用過程中將逐漸取代傳統(tǒng)的載人船作業(yè)方式，得到越來越廣泛的應(yīng)用。

無人測量船的優(yōu)勢就在于安全可靠程度高、運行成本低，且因為其不載人，所以實際測量的工作中，可以有效避免人員傷亡等情況。而且無人測量船船體小、攜帶方便、靈活程度高，再加上其搭載了通信系統(tǒng)、高精度傳感器，所以有效提升了整體系統(tǒng)的工作性，進(jìn)而可以精準(zhǔn)獲取信息、高效傳遞及處理信息，同時，在避開雜物方面也更加智能化，能更加靈活地進(jìn)行水下地形測量工作。

3 無人測量船在水下地形測量中的應(yīng)用

3.1 測量實例

以某河道的實際測量工作為例，測量人員用無人測量船進(jìn)行河道清污前后的水下地形測量，從而對清污工作進(jìn)行部署。該河道的水下面積約4.85km2，在繪圖過程中利用了Cass 9.1地形地籍成圖軟件。因為無人測量船在抗風(fēng)浪性能上進(jìn)行了提升，所以航行的平穩(wěn)程度和吃水的情況都得到了改善，應(yīng)用的過程中更為便利。

3.2 具體應(yīng)用

（1）水下地形測量。在河道水下地形測量工作前，準(zhǔn)備工作必不可少。工作人員需要提前做好定位時間、水下測量軟件的調(diào)試、坐標(biāo)系統(tǒng)的精確度等方面的校正工作，減少因為系統(tǒng)工作方面的問題而造成水下地形測量的誤差。在GNSS設(shè)備連接好后就可以開啟正式的測量工作，選擇自動巡航模式，讓無人測量船進(jìn)入特定水域，進(jìn)行測點和測深的工作。在該地區(qū)河道的水下地形測量中，需要融入智能控制技術(shù)，做好前期航線的設(shè)置工作，在整體工作中進(jìn)行自動化的測量工作。具體工作中，河道的水下地形測量在6級以下風(fēng)力中都可以進(jìn)行，測量人員需要借助相關(guān)軟件分析河段及湖面情況，科學(xué)設(shè)置斷面的計劃線，保證計劃線垂直于水流方向。在無人測量船的工作過程中，船只需要保持直線及勻速運行的狀態(tài)，在改變河道測線的過程中，做好精準(zhǔn)的定位工作，減少擺動、浮動，做好轉(zhuǎn)向和變速的工作。在此過程中，還需要控制水下地形測量工作中的風(fēng)浪高度。如果風(fēng)浪超過0.6m，探測儀的回聲起伏數(shù)值比較大，就需要做好控制工作，減小在水下地形測量的過程中精度受到的影響。另外，在線測量的過程中還容易出現(xiàn)最淺點等側(cè)漏的問題，因此需要針對可能出現(xiàn)的情況和問題進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，在準(zhǔn)備工作過程中做好精準(zhǔn)化、針對性的預(yù)測，做好測量間距和測量位點的控制。針對上述無人測量船水下地形測量過程中的相關(guān)問題，就要求負(fù)責(zé)測量的技術(shù)人員充分重視內(nèi)業(yè)整理工作，并全面準(zhǔn)確地收集和整理探測設(shè)備測得的有關(guān)信號，進(jìn)而獲得測量地點的準(zhǔn)確水深及三維坐標(biāo)等數(shù)據(jù)。

（2）處理水下地形測量數(shù)據(jù)和繪圖。在編輯、校正測量數(shù)據(jù)之后，還需要利用相關(guān)軟件進(jìn)行專業(yè)性的分析工作，在合理計算的基礎(chǔ)上分析水位和地下地形地勢，并做好資料的歸納整理。在分類編排測繪資料的過程中，可以對比分析清污前后的水下地形，結(jié)合無人測量船獲取的信息做好圖紙的構(gòu)建工作，為后續(xù)工作的開展奠定堅實的基礎(chǔ)，也便于形成科學(xué)化的技術(shù)對比報告。

（3）布置檢查線和檢查精準(zhǔn)度。在無人測量船的工作過程中，需要在河道上構(gòu)筑好所在位置的檢查線，并與主測深線垂直，長度要超過主測深線，且檢查線和主測深線交叉位置的高度差不能超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值（0.2m）。在此過程中，需要按照相關(guān)水下地形測量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行水下地形測量的精確度方面的控制，將誤差控制在合理范圍之內(nèi)。這也是水下地形分析工作的關(guān)鍵所在，可以有效保證整個測量工作的有效性；同時，這也是無人測量船區(qū)別于傳統(tǒng)人工測量工作的重要優(yōu)勢。

4 優(yōu)化智能無人測量船應(yīng)用效果的建議

為了提升無人測量船的智能化進(jìn)程和運行效率，需要在工作過程中積極構(gòu)建完善的運行管理機(jī)制，從制度上加強(qiáng)約束，保障可以利用智能無人測量船高效優(yōu)質(zhì)地完成水下地形測量工作，從而充分發(fā)揮智能無人測量船技術(shù)的優(yōu)勢及作用。

（1）應(yīng)用智能無人測量船進(jìn)行測量時，應(yīng)充分重視優(yōu)化和升級技術(shù)控制體系及運行效率，確保無人測量船的工作效果。特別要重視智能避障功能的優(yōu)化，這樣有利于增強(qiáng)智能無人測量船在復(fù)雜環(huán)境下的工作能力及工作效率，從而使得智能無人測量船技術(shù)更好發(fā)揮其測量效果。同時，在實際水下地形測量的應(yīng)用過程中，智能無人測量船的視線會受到一定程度的影響，也會影響判斷障礙物距離的效果，成為后續(xù)工作過程中的重大安全隱患。在此過程中，探測元件的應(yīng)用尤其重要，可以降低在實際工作過程中船體與障礙物的碰撞概率。

（2）在水下地形測量工作中應(yīng)充分重視優(yōu)化岸基系統(tǒng)，使岸基系統(tǒng)的控制單元和智能無人測量船的信息交流單元實現(xiàn)快速有效的連接，對整個測量工作過程進(jìn)行有效管理和整合，提升基礎(chǔ)工作水平，促使河道斷面數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)更加及時、完整、系統(tǒng)的傳遞。同時，利用通信系統(tǒng)把得到的相關(guān)數(shù)據(jù)快速有效傳回數(shù)據(jù)控制中心，并分析和記錄傳輸過程中的問題，促使無人船測量工作取得預(yù)期的效果。

（3）如果是手動模式，應(yīng)重點關(guān)注視頻傳輸模塊的優(yōu)化，利用設(shè)備上裝有的攝像頭來及時有效地采集及分析所需的信息，同時利用超聲波實現(xiàn)對障礙物的自動避讓，并準(zhǔn)確判斷船體到障礙物的實際距離。

5 結(jié)論

綜上所述，智能無人測量船在整體水下地形測量工作中的應(yīng)用，需要從管理系統(tǒng)和操作系統(tǒng)出發(fā)，做好技術(shù)方面的分析，保證實際的測量效果。利用智能化無人測量船智能化系統(tǒng)，提升水下地形測量的整體水平，做好河道清理等相關(guān)工作，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展。