無人水面艇在島礁測繪中的應用探索

馬賽男

（浙江嘉藍海洋電子有限公司，浙江 舟山 316000）

當前，隨著技術的進步，在工程測繪領域，測繪技術越發具有多樣化的特征。隨著自動化、智能化技術等的發展，一些測繪技術逐步實現了智能化。無人水面艇是一種專門的小型水面運動平臺，其測繪具有無人化、智能化的特征，在島礁測繪中，無人水面艇具有明顯的應用優勢，主要表現在安全性高、機動性強、靈活性好、吃水淺等方面。隨著我國島礁測繪項目的增多，無人水面艇的應用增多，其功能越發豐富。在軍事領域等，無人水面艇都具有良好的應用效果。

1 島礁測繪的具體特點與要求

島礁是海洋系統內的重要組成部分，其自然地理環境相對特殊，在工程測繪過程中，對于測繪技術等有著極高的專業性要求。島礁的地理特征主要體現在以下方面：（1）四面環水，陸域面積有限，海域面積遠遠大于陸域面積。（2）島礁的分布相對分散，各個島礁的面積極小，尤其是面積在5km2以下的小島數量相對較多，在整個島礁中的比重較高，甚至高達98%以上。（3）島嶼形態具有多變性與差異性，分布相對集中，主要以鏈狀與群狀為主，離散島礁、孤島等的數量較少。（4）由于受到海洋環境的影響，潮汐現象極為常見，導致島礁露出水面的區域呈現出動態變化的特征，存在明顯的區域差異性。（5）山地與丘陵地貌居多，邊緣相對陡峭，但是其整個高差相對較小。

由于島礁地質地形相對復雜，又受到多變的海洋環境等的影響，導致其測繪的難度相對較大。島礁測繪的具體要求如下：（1）島礁地形測量不僅包含了常規地形圖測量的基本內容與要求，還需要做好海岸線、島嶼、明礁、碼頭、海堤、船塢、燈塔等各種顯著海上實體的測量，這些測量對象直接影響著海上航行的安全性。此外，水上建筑物、道路、河流等也是主要的測量對象。（2）在島礁測繪過程中，航行目標、重要地物的測量上，其平面精度需要達到0.4mm 以上，高程測量精度在0.2m 左右。（3）由于在島礁測量過程中，其測量的對象相對較多，對于不同的被測實體，其有著不同的測量內容與精度要求等，因此，在測量過程中，要根據具體的要求進行測繪工作。

2 調查工區

近年來，隨著我國經濟社會的快速發展，我國逐步出臺了相應的海洋戰略規劃等，島礁是海洋探測的重要基站。海洋探測、海洋資源開發等逐步成為相關部門的重要任務。在淺灘、島礁海域等的開發中，單波束測深、多波束測深、側掃聲吶等是應用最為普遍的物探技術，在實際的探測過程中，將一些專業的探測設備搭載大船，在近岸、淺灘與島礁等區域內，實現測量，導致這些測量技術下，其測量的效率相對較低，其獲得的數據精度不高，嚴重影響了海洋戰略的實施。當前，隨著我國測繪技術的進步，在島礁測繪中，無人水面艇自主探測的應用效果更為明顯。

以舟山市近海海域的島嶼為例，舟山島嶼繁多且很多面積都極小。在島嶼周邊，海浪對島嶼的破壞作用相對較小，海水的交換相對充分，淺水區域相對較大，含有豐富的有機質，基質相對堅硬。舟山島嶼，由于其自然條件相對特殊，風浪比較大，加大了測繪的難度。應用無人水面艇吃水淺、機動性強、航行精度高、對水下復雜環境能夠自主感知等特點，在島礁等相對復雜的區域內，能夠取得更理想的測繪效果。

3 測繪型無人艇

由于島礁測繪中，存在水深的差異性、海況的復雜性，為了保障測量工作的順利進行，采用兩款無人艇進行測繪，適合水深在2m 以內的淺水區域測量的小型無人艇，適合水深大于2m 的區域測量的大型無人艇。

大型無人艇內，配備了三維云臺高清攝像頭，在測量的過程中，可以根據測繪區域內的實際情況，進行角度與焦距等的調整，使得其探測過程中能夠實時掌握周邊環境的具體情況，而船體水上部分的激光測距儀與水下部分的前視聲吶，可以在探測過程中獲得有關的障礙物信息，而船體內部包含了多波束測探系統、前視聲吶、側掃聲吶等，有效實現了全方位的精確探測。小型無人艇，具有更高的靈活性，其內搭載了相應的單波束測探儀、水下攝像機等，這些設備的應用保障了測量的精度。

對舟山群島的各別島嶼測繪中，我們就采用了“自主艇001”與“1.5 米便攜式測繪艇”進行互補測繪。

4 無人水面艇在島礁測繪中的具體應用

近年來，海洋地質調查逐步引起了人們的重視，而在海洋地質調查中，海底地形地貌的探測是其中的重要內容，在島礁測量中，海底地形地貌的探測極為關鍵。在三亞東瑁洲島礁區域的測量過程中，無人水面艇發揮著重要的作用，應用“精海三號”搭載多波束系統、側掃聲吶系統，實現在深水域的測量，應用“精海虹號”上的單波束系統、水下攝像機等，有效地實現了對淺水域的探測，有效地保障了探測的全面性和探測的精度。

4.1 大型無人艇的測量過程

大型無人艇在測量過程中，主要是多波束系統與側掃聲吶系統發揮著重要的探測作用。在實際的探測過程中，母船上所搭載的控制平臺不僅可以實現對無人艇的控制，實時改變其航行軌跡，還可以對多波束系統與側掃聲吶系統進行遠程控制，實現對上線與下線的良好控制。為了保證探測結果的準確性與精確性，必須多布設過程中應用現場設計方式，使得測線與深線保持平行，并要充分考慮探測的實際需求等，使得其重疊覆蓋率在10%以上。在實際的探測過程中，首先經由人工控制，使無人艇可以進入被測區域內，隨后，在海圖的顯示界面上依據測線進行自主測量，在此測量過程中，通過遠端控制系統，可以實現相關測量數據的實時傳輸與獲取，而后臺管理人員，在接收到相應的探測數據后，可以掌握海面環境等的具體信息。在實際的探測過程中，多波束系統可以實現現場監控，有效地獲得了實時覆蓋圖形、條幅水深剖面圖等，有效地實現了島礁的全覆蓋探測。

4.2 小型無人艇的測量過程

在2m 以內的近水區域內，其探測工作主要是由小型無人艇來完成的，由于其船體本身的體積相對較小，使得其在探測過程中，船體僅能搭載單波束測探系統、水下攝像機來實現海底相應的探測工作。水下攝像系統在海底探測中發揮著重要的作用，其屬于一種可視化的探測方式，應用此種探測方式，可以獲得水下地貌、珊瑚礁生態環境等的實際情況。例如，“精海虹號”在對海底區域的探測中，就根據其獲得的高清視頻影像，發現了東瑁洲島近岸主要是礁石區為主，其海水內的懸浮體含量相對較高，在礁石、珊瑚等表面，覆蓋有一定的細粒沉積物。

4.3 數據處理及分析

當獲得相應的探測數據后，有關系統要立即對相應的探測數據進行分析與處理。探測工作完成后，其測線間距可以經由水深、覆蓋寬度等獲得，根據其探測結果，島礁區域內的測線間條幅重疊需要達到10%以上。此外，應用AML 水下聲速剖面儀可以進行水中剖面聲速等的測量，經由其測量結果，有關測量人員可以根據其測量數據結果，進行相應的修正，使得在測量過程中，水深數據可以直接在探測的過程中進行必要的處理，有效地保障了水深數據的精確性，使得在島礁測繪中，有關測量人員可以及時獲得水下地形的具體情況。而多波束系統可以應用Caris 進行相關數據的處理，使得其可以實現數據的轉化與合并等，進而實現地域圖標的獲取，進而獲得相應的水深地形曲面等。

聲吶圖像中可以根據其顏色的差異進行海底凸起與凹陷等的判定，比如，深色的回聲表示海底的凸起，而白色的陰影斑紋主要表示海底的凹陷，因此，在島礁測繪過程中，無人水面艇的應用不僅可以保障島礁的全覆蓋探測，還有效保障了測繪結果的準確性，在獲得有關的測繪數據后，有關系統可以直接對這些測繪數據進行處理，由于無人水面艇本身具有一定的自動化與智能化特征，其在應用的過程中可以有效剔除無用的測繪數據，實現測繪結果的有效應用。

5 結語

當前，隨著島礁測繪項目的增多，各種新型的測繪技術逐步被用于其測繪工作中，由于島礁測繪的難度相對較大，再加上受到海洋環境等的影響，使得在測繪過程中，要加強對新型測繪技術的應用。

以無人水面挺為例，其在島礁測繪中的應用效果明顯，基于其應用優勢，在很多海洋、軍事測繪中還具有良好的應用前景。