李寧

摘要：在社會(huì)經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)發(fā)展中，地理信息數(shù)據(jù)日漸扮演關(guān)鍵性角色。由于水下地形信息數(shù)據(jù)遠(yuǎn)不如陸地豐富，無(wú)人測(cè)量船系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)較多，已被持續(xù)應(yīng)用到水下地形測(cè)量中，極大地提高了水下地形測(cè)量工作效率與質(zhì)量。因此，本文從多個(gè)角度客觀的闡述了無(wú)人船在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)人船;水下地形測(cè)量;試驗(yàn)

1無(wú)人船測(cè)量系統(tǒng)和工作原理

1.1無(wú)人船定義

無(wú)人船是一種可以遠(yuǎn)程操控，也可以借助精確GNSS衛(wèi)星定位和自身傳感即可按照預(yù)設(shè)任務(wù)在水面航行的全自動(dòng)水面機(jī)器人，英文縮寫(xiě)為USA。

1.2無(wú)人船測(cè)量系統(tǒng)基本原理

無(wú)人船系統(tǒng)分為船體系統(tǒng)和作業(yè)系統(tǒng)，船體系統(tǒng)包含避障、視頻系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、船體構(gòu)造，作業(yè)系統(tǒng)包含測(cè)深系統(tǒng)、GNSS定位系統(tǒng)。無(wú)人船測(cè)量系統(tǒng)是整個(gè)無(wú)人船系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著水深測(cè)量和導(dǎo)航定位任務(wù)，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)主要由數(shù)字測(cè)深儀、姿態(tài)傳感器、GNSS接收機(jī)、全角度攝像頭及距離傳感器等多種高精密傳感設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)的導(dǎo)航定位采用GNSS-RTK動(dòng)態(tài)差分定位原理，在岸基架設(shè)GNSS基準(zhǔn)站接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)并將差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)人船上安置的GNSS接收機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航功能。水深測(cè)量由安置在船上的數(shù)字測(cè)深儀完成，其基本原理是利用換能器將電能轉(zhuǎn)換成聲能并向水底發(fā)射。聲能以回波的形式從水底返回，再通過(guò)換能器檢測(cè)回波電能信號(hào)，從而計(jì)算出傳播時(shí)間，根據(jù)聲速和時(shí)間計(jì)算出水深，在屏幕顯示出來(lái)，并且顯示回波圖形。

1.3無(wú)人船的特點(diǎn)

無(wú)人船用來(lái)進(jìn)行水下地形測(cè)量作為水下地形測(cè)繪的一種方式，在很大程度上替代了傳統(tǒng)的作業(yè)方式。自無(wú)人船問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)10多年技術(shù)的積累和發(fā)展，技術(shù)趨近成熟，船的航行已表現(xiàn)非常穩(wěn)定，現(xiàn)無(wú)人船的發(fā)展逐步往智能方向靠攏。無(wú)人測(cè)量船以其輕便、小巧和高效等特點(diǎn)，深受測(cè)繪單位的喜愛(ài)。

1.4無(wú)人船的優(yōu)點(diǎn)

無(wú)人船測(cè)量的最大優(yōu)勢(shì)是更加安全可靠，事故減少、高效及運(yùn)行成本低，遠(yuǎn)程遙控和自動(dòng)駕駛杜絕了人員傷亡事故。無(wú)人測(cè)量船具有船體小巧，攜帶方便，靈活性強(qiáng)和隱蔽性高，耐波性好，阻力小、速度快，航行穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，可搭載先進(jìn)的導(dǎo)航控制系統(tǒng)、可靠通信系統(tǒng)、高精度傳感器系統(tǒng)和武器系統(tǒng)等不同功能模塊，采用可拆卸模塊化涵道式推進(jìn)器設(shè)計(jì)，在防漁網(wǎng)、水草等雜物纏繞的優(yōu)異性能之上，增添了維護(hù)方便，靈活更換的使用特性。螺旋槳采用直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，速度快，可靠性高?？纱钶d深測(cè)儀、ADCP、側(cè)掃聲吶等多種傳感器，廣泛使用于內(nèi)河航道、水庫(kù)、湖泊等區(qū)域的水下地形地貌以及水文測(cè)量。

2無(wú)人船在水下地形測(cè)量中的應(yīng)用

2.1測(cè)量實(shí)例

以某地區(qū)河道為例，測(cè)量人員利用無(wú)人測(cè)量船測(cè)量了河道清污前后水下地形情況，并根據(jù)具體規(guī)定，準(zhǔn)確計(jì)算出清污方量。該河道測(cè)量水下地形面積大約4.85km2，坐標(biāo)系統(tǒng)為該市獨(dú)立坐標(biāo)系，Cass9.1地形地籍成圖軟件等被應(yīng)用其中。作用其中的無(wú)人測(cè)量船有著較強(qiáng)的抗風(fēng)浪性能，航行比較平穩(wěn)，航行速度每秒可達(dá)到4m，吃水為40cm，適合淺水測(cè)量，搭載重量為18kg。

2.2水下地形測(cè)量中無(wú)人測(cè)量船的具體應(yīng)用

2.2.1水下地形測(cè)量

在河道水下地形測(cè)量之前，測(cè)量人員需要做好各方面準(zhǔn)備工作，仔細(xì)校對(duì)設(shè)備定位時(shí)間、啟動(dòng)水下地形測(cè)量軟件、合理設(shè)置坐標(biāo)系統(tǒng)等，避免無(wú)人測(cè)量船應(yīng)用中出現(xiàn)反復(fù)測(cè)量問(wèn)題。GNSS設(shè)備連接好之后，便可以開(kāi)始測(cè)量，開(kāi)啟自動(dòng)巡航模式，讓無(wú)人船進(jìn)入需要測(cè)量的水域，定位測(cè)點(diǎn)和測(cè)深。在該地區(qū)河道水下地形測(cè)量中，由于機(jī)器人智能控制技術(shù)作用到該無(wú)人測(cè)量船中，無(wú)人測(cè)量船可以根據(jù)之前測(cè)量人員設(shè)定好的航線(xiàn)，自動(dòng)化走線(xiàn)或者換線(xiàn)測(cè)量水下地形。在應(yīng)用無(wú)人測(cè)量船中，測(cè)量人員借助斷面法測(cè)量該地區(qū)河道水下地形。這需要測(cè)量人員根據(jù)相關(guān)導(dǎo)航軟件，結(jié)合該清污河道河段以及湖面具體情況，科學(xué)設(shè)置斷面的計(jì)劃線(xiàn)，垂直于水流方向，斷面間距大于為21m。同時(shí)，在無(wú)人測(cè)量船在線(xiàn)測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量船只必須處于直線(xiàn)以及勻速航行狀態(tài)。如果需要改變河道測(cè)線(xiàn)，測(cè)量人員要控制好轉(zhuǎn)彎速度，根據(jù)轉(zhuǎn)向以及變速具體情況，恰當(dāng)定位，每分鐘的航向變化不能超過(guò)5°，擺動(dòng)幅度不能太大。此外，在線(xiàn)測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員要隨時(shí)觀察河道風(fēng)浪高度，如果風(fēng)浪不小于0.6m或者探測(cè)儀所記錄的回聲波形起伏數(shù)值比較大，必須及時(shí)停止在線(xiàn)測(cè)量，也包括無(wú)人測(cè)量船應(yīng)用中出現(xiàn)的特殊狀況，避免河道水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)精確度受到影響。在線(xiàn)測(cè)量過(guò)程中，河道水下地形最淺點(diǎn)等漏測(cè)問(wèn)題極易出現(xiàn)，這是因?yàn)樵趹?yīng)用無(wú)人測(cè)量船過(guò)程中，河道測(cè)點(diǎn)間距都是測(cè)量之前設(shè)定好的。針對(duì)這種情況，在應(yīng)用無(wú)人測(cè)量船中，測(cè)量人員需要高度重視內(nèi)業(yè)整理環(huán)節(jié)，全方位準(zhǔn)確把握測(cè)深儀探測(cè)記錄的相關(guān)信號(hào)，明確特征點(diǎn)水深以及對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2.2處理水下地形測(cè)量數(shù)據(jù)和繪圖

在編輯、校正外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)之后，測(cè)量人員要借助專(zhuān)業(yè)測(cè)量軟件，在合理計(jì)算的基礎(chǔ)上修正水位，以日期為切入點(diǎn)，分類(lèi)編排測(cè)繪的資料，整理并檢校外業(yè)河道清污前后水下地形數(shù)據(jù)。隨后，測(cè)量人員巧妙利用Cass9.1軟件，根據(jù)河道水下地形繪制要求以及繪制方法，結(jié)合無(wú)人測(cè)量船作用下獲取的信息數(shù)據(jù)，科學(xué)繪制該地區(qū)河道水下地形圖，控制好等深線(xiàn)間距。繪制中的河道地形物符號(hào)要滿(mǎn)足《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》等要求，進(jìn)行合理化繪制，科學(xué)編輯對(duì)應(yīng)的技術(shù)報(bào)告。

2.2.3布置檢查線(xiàn)和檢查精準(zhǔn)度

在應(yīng)用無(wú)人測(cè)量船中，測(cè)量人員要把控好河道水上構(gòu)筑物所處位置的檢查線(xiàn)，要和主測(cè)深線(xiàn)垂直，長(zhǎng)度不能小于主測(cè)深線(xiàn)，二者要在某位置相交，高程差值不能超過(guò)0.2m。同時(shí)，測(cè)量人員要根據(jù)《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》，從不同方面入手仔細(xì)檢查河道水下地形測(cè)量精準(zhǔn)度，確保測(cè)量誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，為后續(xù)相關(guān)工作有序開(kāi)展提供有力保障。

3結(jié)束語(yǔ)

利用無(wú)人船水下測(cè)量技術(shù)獲取水下地形數(shù)據(jù)精度能夠滿(mǎn)足大比例尺地形圖水下地形測(cè)量的精度要求，且在復(fù)雜水域條件下，能夠大大降低測(cè)繪人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，成倍提高了外業(yè)測(cè)量效率，避免了外業(yè)人員水上作業(yè)的危險(xiǎn)。隨著無(wú)人船測(cè)量技術(shù)的不斷成熟，將會(huì)得到更廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：西安中緯地理信息技術(shù)有限公司）