无人船在水下地形测量中的应用与探讨

朱进金

（福建省闽南地质大队，福建 三明363000）

水下地形测量主要分为两种,一种是海洋地形测量,一种是淡水河流地形测量。无论是淡水测量还是海水测量的难度都比较大,如果利用人员进行测量,测量的准确度又很难得到保障,所以无人船测量应运而生。但,很多人对无人船在水下地形测量中的应用还不是很了解,影响了无人船测量技术的进一步推广。

1 无人船相关概念及技术分析

1.1 无人船

无人船简言之即无需载人的船只, 通过无人船对一些偏远水下测量意义重大。一般无人船的尺寸比较小, 大多无人船在105cmx40cmx35cm 左右,且无人船的重量大多在25kg 左右还不足一个成年人的体重,可续航6h 左右,且运行的速度比较快,最快达2m/s。无人船一般具备自身导航功能,可以智能化躲避障碍物,对水下测量意义重大[1]。

1.2 无人船功能分析

无人船之所以运用到水下地形测量与无人船自身的功能有很大的关系,一般无人船具备导航、续航、躲避、通讯等功能。导航功能主要指无人船具备导航功能, 通过芯片实现GPS 的路线规划,且能通过之前设定的路线进行形式,实现自我导航的目的。续航功能指无人船可以在储电量充足的情况下, 无须随时补电,便可以在水下进行游走测量。躲避功能则主要指无人船通过摄像头与传感器,将行驶前方情况进行测量,一旦发现前方出现障碍,无人船会重新策划路线,再继续行驶。通信功能主要指,相关人员可以与无人船实施通讯, 获得无人船测量到的相关数据,为测量提供可能。

1.3 测量原理

无人船在水下测量时一般是通过GPS 或者声呐实现测量,测量原理主要是声音传播原理。无人船先发出声波,之后无人船收集已经传输出去的声波, 之后根据发射回收时间间隔,与声波在水下的传播速度,科学计算出测量点的具体位置,通过无数次的测量进而测算出水下地形的具体情况。但此种水下测量的方式容易受到水下波浪的影响, 进而对结果产生不良影响,使得测算精确度下降[2]。

2 无人船在水下地形测量中的应用分析

2.1 无人船水下地形测量实例

受到某河道管理处的委托, 笔者参与到该河道污水地形测量工作之中,并根据测量数据,计算相关污水量。本次污水河道测量的面积约4.8km2,测量中选择常见的无人船,具体参数如下:

尺寸:105cmx35cmx35cm

重量:25kg

续航:6h

测试控制:本次测试采用无人船测量测绘,测绘当天无风浪十分适合做水下测量。无人船与水流方向一致,断面间距为25m左右。整个测量过程中无人船匀速行驶,为保证尽可能匀速,船体转角变化小于40/min,实际航向与测量间距小于20%。

测试操作: 无人船测试之前对无人船与其他设备进行检测,调试设备参数,确保设备之后可以正常应用。将无人船测线间距设置成图上10cm,并将计算机与相关设备进行连接,开启无人船开始实际测量。在操作过程中随时对相关的模拟记录信息进行记录,包括水深、三维坐标等数据。

2.2 数据回传分析测绘

待测量结束后对相关数据进行整理, 并在数据整理基础上对河道水下地形情况进行测绘。测绘中选择采用南方Cass9.1测绘软件对无人船回传回来的数据进行测量, 等深线距离为0.5m,采用60cmx60cm,共计120 幅。测绘中采用《水运工程测量规范》符号,采取1:1000 与1:2000 另种测量图式,采用WPS2019将测绘报告编辑。

2.3 精度检查

为了保障无人船测量的数据的准确性, 对河道采取了随即抽检,提升测量精确度,确保测量可靠性。长度选取测量整体长度的6%,设置100 个随即测试点,高程差值在0.2m 以内,其中高度距离差在0.1m 以内的有49 个测试点, 在0.1m-0.2m 之间的有50 个测试点,0.2m 有1 个测试点,合格率100%。本次测量严格只想相关规范《水运工程测量规范》进行全程测量,整体测量符合相关部门要求,且操作人员、测绘人员、审核人员认真负责具备相关资质,成果可靠可供参考使用[3]。

2.4 实验总结分析

通过上述无人船实际测量可知, 无人船在水下测量中的应用具备强烈的现实意义。通过上述测量实例可知无人船测量可以得到进一步推广, 一般无人船在水下测量可以做到水下测量的全程控制,且通过无人船进行水下测量意义重大。

首先,通过无人船可以做水下测量。上述实测案例测量时某河道,且在全程测量结果通过100 测试点进行精度检验,测量精确度高值得信赖,为无人船水下测量提供了可能。通过无人船相关技术人员可以利用无人船相关功能实现水下地形的测绘,对之后的无人海域测量意义深远。其次,相关测量人员通过无人船对水下地形进行测量意义重大。无人船进行水下测量所需要的劳动力较少, 且在测量中即使测量比较危险的海域也可以通过无人船实现,确保地形获取同时保护人身与财产安全。另外,通过对水下地形进行测绘,方便相关部门及时获取水下地形情况,及时预防自然灾害,确保水下安全。

2.4.1 无人船经济价值显著

无人船的出现是具有显著的经济价值的。过去的水上测量,除了费时费力,还费钱,不仅养人养船需要不菲的开支,船只等物资的维护费用也不低。无人船的出现,可以在保障更高效率作业的基础上,减少人力和物力的投入,运作成本更低,一举两得。多的时间去做更加专业更加有意义的事情。

2.4.2 无人船测绘精度更高

不论是一款新产品的诞生,还是一项新技术的研发,都有其自身的终极使命,无人船的出现也一样。一切抛开测绘精度谈效率的案例都是扯淡!无人船不仅要为测绘领域创造更加宽泛、高效、经济的作业模式,最根本的还在于要为水上测绘提供更加高精度的测量水准。由于无人船的作业全程均受计算机控制,可以让作业过程严格按设定执行,任务结果更准确、更标准。加上无人船船体短小轻便, 具有更高的舵效(亦即舵对航向的控制能力),因此其贴线精度可由传统的若干米提升至±0.5 米,大大增加了测绘的准确度。

3 无人船测量推广策略

3.1 加强宣传

从上述测量可知无人船水下测量意义重大,所以相关部门需要加强宣传,提升民众意识,提升无人船利用率,为水下测绘发展提供保障。相关部门在宣传中要注重广度与深度,将无人船水下测量应用真正发挥应有效用。首先,相关部门注重无人船测量宣传的广度。相关部门宣传要注重各地区的宣传,提升各地测量人员对无人船的理解, 为无人船下一步的应用提供前提条件。其次, 在宣传中需要注重宣传深度。相关部门宣传中需要注重深度,真正加深民众对无人船应用理解,提升民众意识,为应用推广贡献力量。

3.2 人才培养

相关部门除了注重加强宣传之外,还要注重人才培养,为无人船测绘的应用提供人力保障。首先,各高校要关注相关课程完善。各高校要完善无人船测绘课程, 加深学生对无人船的理解,从年青一代开始培养社会所需的无人船水下测量人才, 为技术的传承与应用提供有力支持。其次,相关部门注重技能培训。相关部门需要对其测量人员进行培训, 提升测绘人员的无人船测量专业技能,为无人船的应用推广,贡献必要力量。再次,参与到无人船水下测量的人员需要及时做好自我总结。相关测量人员需要及时作总结,方便及时总结自身在测量中存在的不足,及时提升自身测量能力,为测量精准度的提升打下良好基础。

结束语

综上所述,无人船在水下地形测量中的应用意义深远,所以相关部门需要注重无人船应用推广,为水下测量工作贡献力量。