無(wú)人系統(tǒng)在水下測(cè)量中的應(yīng)用研究

辛 健

（中國(guó)人民解放軍91550部隊(duì)43分隊(duì)，大連 116000）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)水平和國(guó)家綜合實(shí)力的迅速提高，無(wú)論是民用領(lǐng)域還是軍用領(lǐng)域?qū)Φ乩矸轿坏目睖y(cè)日益重要，就我國(guó)目前的勘測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r而言，陸地地理位置的勘測(cè)方式多種多樣，而海域的勘測(cè)手段就比較單一，就在2016年12月份，我國(guó)南海區(qū)域就捕獲一艘美國(guó)無(wú)人潛航器，由此可見(jiàn)，我國(guó)可以利用無(wú)人勘測(cè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)我國(guó)海域的水下測(cè)量作業(yè)做出貢獻(xiàn)。無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)是集實(shí)時(shí)、無(wú)人和精準(zhǔn)自動(dòng)勘測(cè)集一體的多用途勘測(cè)平臺(tái)，其船體上負(fù)載著多種海洋勘測(cè)傳感器。而我國(guó)目前的而各種科研機(jī)構(gòu)和材料供應(yīng)公司已經(jīng)逐漸推出無(wú)人探測(cè)系統(tǒng)儀器，并隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人探測(cè)系統(tǒng)正朝著智能化、多樣化和集成化方向發(fā)展，因此，目前我國(guó)的無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)正朝著良好的方向快速發(fā)展。

2 無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)

2.1 無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)

水下無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)由岸基控制單元和測(cè)深船單元構(gòu)成。無(wú)人勘測(cè)系統(tǒng)有七個(gè)分系統(tǒng)，分別是雙體船、推進(jìn)系統(tǒng)、船載主控系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、電源、無(wú)線傳輸系統(tǒng)、岸基控制軟件。其推進(jìn)系統(tǒng)是由兩部分組成，一部分是主推進(jìn)器，另一部分就是兩個(gè)輔助推進(jìn)器，兩者的設(shè)計(jì)結(jié)合是利用涵道式的方式。它的兩個(gè)單元包括控制單元和探測(cè)船，由控制單元對(duì)無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)的船體進(jìn)行操作，進(jìn)行水下測(cè)量作業(yè)。無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)是由無(wú)人船數(shù)據(jù)傳輸天線、電臺(tái)以及遙控器組成，首先，無(wú)人測(cè)量船將其測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過(guò)電臺(tái)由數(shù)據(jù)傳輸天線傳輸?shù)诫娔X上，而電腦也可以通過(guò)電臺(tái)和遙控器對(duì)無(wú)人測(cè)量船進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。其通過(guò)其中工具系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)接收船體運(yùn)行過(guò)程中所獲的坐標(biāo)、航艏、縱搖、橫搖的四種參數(shù)和對(duì)水深數(shù)據(jù)利用數(shù)據(jù)圖例的方式展現(xiàn)出來(lái)。另外，無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)還包括定位導(dǎo)航系統(tǒng)和探測(cè)系統(tǒng)。[1]

2.2 無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)的工作原理

無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)多以無(wú)人探測(cè)船作為載體的形式展現(xiàn)出來(lái)，它是由GNSS、單波束測(cè)深儀、超聲波壁障系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)攝像頭等多種高精度傳感設(shè)備集成的，[2]并且電腦控制端是可以通過(guò)岸基系統(tǒng)接收并處理所無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

3 水下地形勘測(cè)

3.1 具體實(shí)施步驟

無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行水下地形探測(cè)的準(zhǔn)備工作是進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，測(cè)點(diǎn)布置的原因主要是利用對(duì)測(cè)點(diǎn)布置通過(guò)測(cè)量線對(duì)水下?tīng)顩r進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，但是由于測(cè)量線測(cè)量時(shí)存在不可變誤差所測(cè)的數(shù)據(jù)有一定的誤差范圍，測(cè)量人員就必須需要通過(guò)插值的手段來(lái)針對(duì)水下情況利用無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)來(lái)獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，而對(duì)水域深度的測(cè)量大多取決于無(wú)人勘測(cè)系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)點(diǎn)和插值點(diǎn)的精度安排。而根據(jù)我國(guó)《水利水電工程測(cè)量規(guī)范》的要求，它嚴(yán)格規(guī)定無(wú)人探測(cè)系統(tǒng)必須選用合理的選擇測(cè)線間距這樣才能有對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精度和無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量效率有利。[3]水下高程定位點(diǎn)平面中誤差限值必須控制在一定方位內(nèi)。水下高程定位點(diǎn)平面中誤差的限值是根據(jù)水域的實(shí)際狀況來(lái)制定的。在正式進(jìn)入勘測(cè)之后，無(wú)人測(cè)量船就需要和電腦端相連接，無(wú)人船的控制人員應(yīng)當(dāng)將事先布置好的航線數(shù)據(jù)導(dǎo)入到測(cè)深數(shù)據(jù)采集軟件中，并結(jié)合實(shí)際勘測(cè)地形對(duì)無(wú)人船進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，針對(duì)水深的實(shí)際狀況靈活實(shí)施勘測(cè)計(jì)劃。

3.2 數(shù)據(jù)分析

首先，在無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)對(duì)水下?tīng)顩r通過(guò)電臺(tái)傳播到電腦上，電腦先進(jìn)行濾波處理，對(duì)無(wú)人探測(cè)系統(tǒng)探測(cè)到數(shù)據(jù)中噪點(diǎn)、跳點(diǎn)、偽數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理和進(jìn)一步的處理，而針對(duì)以往的無(wú)人測(cè)量測(cè)量實(shí)踐中，無(wú)人測(cè)量系統(tǒng)利用軟件采用中值濾波法去噪效果較好，并加以人工識(shí)別被處理的特征點(diǎn)以及沒(méi)有處理的噪點(diǎn)，以確保探測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)有效。其次，再對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行聲速剖面改正，設(shè)置七個(gè)參數(shù)，對(duì)原有坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。最后，再對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合之前我國(guó)對(duì)水下情況的探測(cè)實(shí)踐中，無(wú)人系統(tǒng)填補(bǔ)了之前水下測(cè)量領(lǐng)域的一些空白，使得水下探測(cè)工作變得更加精準(zhǔn)和全面化。與大型船只水下測(cè)量相比較，無(wú)人測(cè)量船具有高效、便捷、安全、測(cè)區(qū)全覆蓋等優(yōu)勢(shì)，使得水下作業(yè)變得更加高效。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人探測(cè)系統(tǒng)正在朝著智能化方向發(fā)展，相信未來(lái)我國(guó)的水下作業(yè)會(huì)越來(lái)越智能和高效。