探究無人測量船在水下地形測量中的應用前景

洪德玫，張子航

（長江蕪湖航道處，安徽 蕪湖 241000）

水下地形測量是主要針對河流航道內水深、是否存在淤泥出攤、是否存在礙航物等展開測量，如水下礁石、沉船等可能阻礙航道暢通的因素。傳統水下地形測量中，主要依靠人工驅動的船只搭載探測儀器進行測量，受技術、資金、氣候等多種條件限制，水下地形測量的局限性較強，同時需要多種設備儀器的搭配使用，才能得出相應的測量結果。無人測量船的應用，具備了對水下地形實現自動化測量的方式，能有效突破傳統測量中存在的局限性，也可以避免在危險區域開展測量作業引發的安全事故，因此無人測量船在水下地形測量中備受青睞。

1 無人測量船的優勢

無人測量船系統主要由遙控無人船測量子系統、岸基控制系統等部分構成。遙控無人測量船子系統主要包括力系統、陀螺儀、CCD 攝像頭、船上控制系統等多個部分；岸基控制子系統主要具備無線傳輸與交互界面控制等功能，可用于對船上數據的接收與處理，也可以實現對無人測量船的遠程控制，驅動無人測量船多角度展開測量[1]。其主要構成包括計算機終端（筆記本電腦）、遙控器、無線電臺等，有助于在作業區域周邊開闊位置實時對船只展開控制，在岸基控制系統的幫助下，能有效提高船只控制的精度，便于船只更高效地完成作業。

在水下地形測量中，無人測量船屬于一種比較新穎的測量方式，在我國經過多年應用后，已逐漸實現與智能化探測技術、信息技術等技術手段的融合應用，也使得無人測量船的自動化與智能化水平大幅提升，在實際作業中無人測量船體現出了顯著穩定性、精準性、全面性等測量特性，目前已逐漸實現對傳統載人船作業形式的替代，在水下地形測量中無人測量船的應用范圍越來越廣。

無人測量船具有安全、可靠、低成本等優勢，由于其具備遠程控制功能和小型化等特性，所以可以在不載人的情況下開展測量作業，能減少在危險區域作業時發生安全事故的概率。無人測量船的船體偏小，具有攜帶便捷、靈活性強等優勢，船體搭載通信系統與傳感器系統，系統功能優越性較強，能在精準獲取測量數據后實現高效地傳遞與處理，同時在傳感器的作用下還能自動避開水下障礙物，更靈活地展開水下地形測量作業。

無人測量船的結構簡單，搬運十分便捷，在測量前準備與實際測量中花費的時間較少，可以根據斷面數據間隔要求合理對采樣間隔進行設置，且不容易受人為因素的干擾，同時在測量作業中需要的人員數量減少，能節省水下地形測量的成本支出。

2 無人測量船的主要功能

2.1 智能導航

無人測量船一般有兩種導航模式，分別為手動與自動，用戶可以通過工作需要靈活切換導航模式。自動導航模式一般是水下地形測量的首選，切換該模式后，主要由用戶提前設計無人測量船的測量路線，實現船只自動航行，能減少手動操作帶來的麻煩，采用RTK 數據定位自主導航，能保證走線的精準性，有效減少船只運行時出現的航線誤差，更精準地實現對水下地形地貌的測量。手動模式主要通過操作遙控器的方式對船只航行進行控制，手動與自動的結合更容易提高航向的準確性，能有效避免無人測量船在航行時與各種障礙物發生碰撞。

2.2 數據采集

主要是在GPS 的幫助下，為無人測量船的航行及測量提供定位信息，采用RTK 技術提高對位置信息精度提供保障，通過在岸邊設置基準站的方式快速獲取信息，并通過電臺將獲取的信號發射給船只搭載的GPS裝置，提高航行的精準性，也可以不考慮架設基準站，直接使用CORS 信號。

2.3 傳感器系統

無人測量船打造了多種傳感器裝置集成的傳感器系統，在水下地形測繪中，如側掃、水質分析、測流、測深等功能的實現，主要得益于多種傳感器的幫助，能快速幫助用戶捕捉各種水下信息，傳感器系統的功能會直接給水下地形測量的結果產生影響[2]。

2.4 定位測深數據存儲

利用無線電臺將測深、定位等數據實時傳輸至岸基的客戶端，便于實時對定位、水深等數據進行查看，因此無人測量船還具有無線實時傳輸與存儲的功能。還可以直接將測深、定位等數據記錄在測深儀器存儲器內，便于后期對數據的導出和處理。

3 無人測量船的市場需求

傳統水下地形測量中，主要使用吃水較深、體積較大的船只，通過搭載GPS、測深設備等開展作業，此類載人船只難以到達障礙物較多、淺水、岸邊等區域進行作業；而采用吃水較淺的橡皮艇、竹筏等開展水下地形測量，或者直接采取人工蹚水的方式有較高危險性，且測量精度、效率得不到保障，尤其是在危險水域不適合采用上述兩種方法。所以在當前的水下地形測量領域，迫切需要一種更安全、高效、便捷的工具彌補傳統載人船只在水下地形測量中的缺陷，無人測量船的出現，剛好能滿足水下地形測量的多種需求，有助于處理好水下地形測量安全隱患多、吃水淺、作業范圍狹窄、數據獲取難等多方面缺陷，因此無人測量船在當前的市場中得到了有效推廣。

4 無人測量船在水下地形測量中的應用

4.1 水下地形測量

水下地形測量開始前需要做好充足準備工作，工作人員需要提前做好對水下測量軟件的調試、坐標系統精度校正、定位時間等準備工作，盡量減少因系統問題導致的水下地形測量誤差。在連接好GNSS 設備后正式開始測量工作。首先可以切換自動模式，在無人測量船進入特定水域后開展測量工作。水下地形測量中，可以采取智能控制技術手段，提前對無人測量船的航線進行設置，提高水下地形測量的自動化水平。工作人員要通過相關軟件對水面、水下情況進行調查、分析，科學設置航線，盡量減少航線誤差。無人測量船在運行過程中，船只需要保持勻速、直線的運行狀態，在改變測線時，徐亞奧進行精準定位，盡量減少船只的浮動、擺動，科學進行變速、專項[3]。整個過程中，要盡量減少風浪給水下地形測量帶來的不良影響，所以在測量前還需要做好對風浪高度的調查，選擇合適的時間進行測量。在線測量中還可能面臨最淺點等測漏問題，所以還需要做好對此類問題的準確控制，在前期準備中進行準確預測，注重對測量位點及測量間距展開控制。對無人測量船在水下地形測量中可能存在的問題，需要工作人員做好內業整理工作，便于獲取準確的測量數據。在對測量數據進行編輯與校準后，需要使用相應的軟件對數據展開分析，在科學計算的基礎上做好對水下地形的分析，對相關資料進行歸納整理。針對測量資料的分類編排，可以與既往水下地形資料展開對比，結合無人測量船獲取的數據信息進行圖紙編制，為后續各項工作的開展提供科學指導，同時形成準確的技術對比報告。

4.2 布置檢查線

水下地形測量中，無人測量船在運行過程中，需要提前在作業區域內構筑所在位置的檢查線，保證其與主測深線保持垂直，長度需要超過主測深線，同時要對主測深線與檢查線交叉位置的高度差進行檢查，一般高度差不能超過0.2m[4]。在此期間，需要結合水下地形測量的相應規范，嚴格控制好無人測量船的測量精度，盡量將測量誤差控制在標準范圍內，這是水下地形策略的關鍵，也是保證測量作業有效性的一種手段，只有這樣才能將無人測量船的最大價值發揮出來。

4.3 嚴格管理無人測量船

為了在水下地形測量中，提高無人測量船運行的自動化與智能化水平，需要針對無人測量船的運行搭建一個運行管理體系，通過制度執行嚴格規范無人測量船的運行行為，便于更高效地完成水下地形測量工作，充分將無人測量船的智能化優勢發揮出來。首先，需要重視通過技術的優化與升級，提高無人測量船的工作效果，注重引進先進技術手段與技術裝置，便于提高無人測量船在復雜環境下的工作能力，更好地發揮自身測量作用。具體進行水下地形測量時，船只運行視線可能會受到影響，包括系統判斷障礙物距離的效果，可能給無人測量船的運行帶來安全隱患，所以無人測量船還需要打造具備防碰撞功能的探測元件，通過自動對障礙物進行識別，減少作業期間發生碰撞的概率。其次，要重視對岸基控制系統的優化，注重岸基控制系統與無人測量船信息交流單元的準確連接，以此強化對無人測量船運行過程的管控，便于及時將水下地形測量中的數據信息進行傳遞，如利用通信系統將測量得到的數據信息快速傳回數據控制中心，及時對數據信息進行整理、分析，確保無人測量船的使用能進一步達到預期效果[5]。倘若無人測量船切換了手動控制的模式，需要重視對視頻傳輸功能模型的優化，利用無人測量船上搭載的攝像頭，實現對所需信息的實時采集，或者通過超聲波實現對障礙物的識別和自動避讓，準確對障礙物與無人測量船之間的距離進行判斷，保證作業的安全性，提高水下地形測量整體效率。

4.4 完善水下地形測量流程

水下地形測量流程中，考慮到傳統載人船測量的方式在安全性上得不到保障，且測量范圍存在局限性，因此使用無人測量船有著巨大價值，不過在實際采用無人測量船時，需要對水下地形測量的工作流程進行完善。首先，需要準備適當型號的無人測量船，做好對無人測量船參數的設置，重點檢查測深儀、計算機等設備，保證各項設備功能完整，并做好對作業區域的觀察，提前對無人測量船的航行路線進行確定。其次，可以采用CORS 信號開展測量作業，如本次作業缺少已知控制點，不具備對控制點進行校檢的條件時，要對已知控制點進行確定，保證高程、平面坐標等均符合規定要求才能進行測量作業[6]。實際測量中，需要靈活切換自動與手動兩種無人測量船操控模式，嚴格控制好模式切換的時間、間隔，如針對岸邊水深度較淺的區域，適合采用手動控制的模式。最后，工作人員需要在視野比較開闊的位置對無人測量船進行操控，嚴格控制好采樣的時間與位置間距，在完成一系列操作后及時將數據導出并進行內業整理，為繪制地形圖做好充分準備。

5 無人測量船的應用前景

5.1 智能化

無人測量船在水下地形測量中，最大優勢在于支持獨立自主的測量作業，因此怎樣提高無人測量船的自主能力、智能化水平是未來發展的關鍵，只有這樣才能在未來的水下地形測量中，靈活應對各種復雜的作業環境，完成不同的測量任務，這也是目前無人測量船研究及應用的重難點。

5.2 標準化與模塊化發展

為進一步提高無人測量船的質量及整體性能，保證無人測量船運行及控制的便捷性，有效降低船只運行風險，減少無人測量船的研制周期、研制成本，提高其與鄰近船只的協同作業能力，無人測量船將進一步實現標準化發展，便于各船只系統間的準確對接。無人測量船的標準化發展需要提出有關軟件標準接口、數據格式等方面的概念，在設計與研制過程中，分模塊進行布局，將進一步提高無人測量船在水下地形測量中的作業能力及整體性能。

6 結語

綜上所述，無人測量船在水下地形測量中有著良好應用前景，相比于傳統載人船的測量方式，無人測量船在實際作用中能體現出安全、靈活、便捷等特征，其無人測量船具有較強隱蔽性和更低的運維成本，能進一步提高工作人員執行高強度、高風險的作業，減少工作人員重復性與長周期的工作。面向未來，無人測量船的技術研發將更加成熟，其應用范圍會得到不斷拓展，將逐漸實現從江河領域向深遠海領域延伸，系統也將具備完全獨立、完整作業等方面的能力。