探究无人测量船在水下地形测量中的应用前景

洪德玫，张子航

（长江芜湖航道处，安徽 芜湖 241000）

水下地形测量是主要针对河流航道内水深、是否存在淤泥出摊、是否存在碍航物等展开测量，如水下礁石、沉船等可能阻碍航道畅通的因素。传统水下地形测量中，主要依靠人工驱动的船只搭载探测仪器进行测量，受技术、资金、气候等多种条件限制，水下地形测量的局限性较强，同时需要多种设备仪器的搭配使用，才能得出相应的测量结果。无人测量船的应用，具备了对水下地形实现自动化测量的方式，能有效突破传统测量中存在的局限性，也可以避免在危险区域开展测量作业引发的安全事故，因此无人测量船在水下地形测量中备受青睐。

1 无人测量船的优势

无人测量船系统主要由遥控无人船测量子系统、岸基控制系统等部分构成。遥控无人测量船子系统主要包括力系统、陀螺仪、CCD 摄像头、船上控制系统等多个部分；岸基控制子系统主要具备无线传输与交互界面控制等功能，可用于对船上数据的接收与处理，也可以实现对无人测量船的远程控制，驱动无人测量船多角度展开测量[1]。其主要构成包括计算机终端（笔记本电脑）、遥控器、无线电台等，有助于在作业区域周边开阔位置实时对船只展开控制，在岸基控制系统的帮助下，能有效提高船只控制的精度，便于船只更高效地完成作业。

在水下地形测量中，无人测量船属于一种比较新颖的测量方式，在我国经过多年应用后，已逐渐实现与智能化探测技术、信息技术等技术手段的融合应用，也使得无人测量船的自动化与智能化水平大幅提升，在实际作业中无人测量船体现出了显著稳定性、精准性、全面性等测量特性，目前已逐渐实现对传统载人船作业形式的替代，在水下地形测量中无人测量船的应用范围越来越广。

无人测量船具有安全、可靠、低成本等优势，由于其具备远程控制功能和小型化等特性，所以可以在不载人的情况下开展测量作业，能减少在危险区域作业时发生安全事故的概率。无人测量船的船体偏小，具有携带便捷、灵活性强等优势，船体搭载通信系统与传感器系统，系统功能优越性较强，能在精准获取测量数据后实现高效地传递与处理，同时在传感器的作用下还能自动避开水下障碍物，更灵活地展开水下地形测量作业。

无人测量船的结构简单，搬运十分便捷，在测量前准备与实际测量中花费的时间较少，可以根据断面数据间隔要求合理对采样间隔进行设置，且不容易受人为因素的干扰，同时在测量作业中需要的人员数量减少，能节省水下地形测量的成本支出。

2 无人测量船的主要功能

2.1 智能导航

无人测量船一般有两种导航模式，分别为手动与自动，用户可以通过工作需要灵活切换导航模式。自动导航模式一般是水下地形测量的首选，切换该模式后，主要由用户提前设计无人测量船的测量路线，实现船只自动航行，能减少手动操作带来的麻烦，采用RTK 数据定位自主导航，能保证走线的精准性，有效减少船只运行时出现的航线误差，更精准地实现对水下地形地貌的测量。手动模式主要通过操作遥控器的方式对船只航行进行控制，手动与自动的结合更容易提高航向的准确性，能有效避免无人测量船在航行时与各种障碍物发生碰撞。

2.2 数据采集

主要是在GPS 的帮助下，为无人测量船的航行及测量提供定位信息，采用RTK 技术提高对位置信息精度提供保障，通过在岸边设置基准站的方式快速获取信息，并通过电台将获取的信号发射给船只搭载的GPS装置，提高航行的精准性，也可以不考虑架设基准站，直接使用CORS 信号。

2.3 传感器系统

无人测量船打造了多种传感器装置集成的传感器系统，在水下地形测绘中，如侧扫、水质分析、测流、测深等功能的实现，主要得益于多种传感器的帮助，能快速帮助用户捕捉各种水下信息，传感器系统的功能会直接给水下地形测量的结果产生影响[2]。

2.4 定位测深数据存储

利用无线电台将测深、定位等数据实时传输至岸基的客户端，便于实时对定位、水深等数据进行查看，因此无人测量船还具有无线实时传输与存储的功能。还可以直接将测深、定位等数据记录在测深仪器存储器内，便于后期对数据的导出和处理。

3 无人测量船的市场需求

传统水下地形测量中，主要使用吃水较深、体积较大的船只，通过搭载GPS、测深设备等开展作业，此类载人船只难以到达障碍物较多、浅水、岸边等区域进行作业；而采用吃水较浅的橡皮艇、竹筏等开展水下地形测量，或者直接采取人工蹚水的方式有较高危险性，且测量精度、效率得不到保障，尤其是在危险水域不适合采用上述两种方法。所以在当前的水下地形测量领域，迫切需要一种更安全、高效、便捷的工具弥补传统载人船只在水下地形测量中的缺陷，无人测量船的出现，刚好能满足水下地形测量的多种需求，有助于处理好水下地形测量安全隐患多、吃水浅、作业范围狭窄、数据获取难等多方面缺陷，因此无人测量船在当前的市场中得到了有效推广。

4 无人测量船在水下地形测量中的应用

4.1 水下地形测量

水下地形测量开始前需要做好充足准备工作，工作人员需要提前做好对水下测量软件的调试、坐标系统精度校正、定位时间等准备工作，尽量减少因系统问题导致的水下地形测量误差。在连接好GNSS 设备后正式开始测量工作。首先可以切换自动模式，在无人测量船进入特定水域后开展测量工作。水下地形测量中，可以采取智能控制技术手段，提前对无人测量船的航线进行设置，提高水下地形测量的自动化水平。工作人员要通过相关软件对水面、水下情况进行调查、分析，科学设置航线，尽量减少航线误差。无人测量船在运行过程中，船只需要保持匀速、直线的运行状态，在改变测线时，徐亚奥进行精准定位，尽量减少船只的浮动、摆动，科学进行变速、专项[3]。整个过程中，要尽量减少风浪给水下地形测量带来的不良影响，所以在测量前还需要做好对风浪高度的调查，选择合适的时间进行测量。在线测量中还可能面临最浅点等测漏问题，所以还需要做好对此类问题的准确控制，在前期准备中进行准确预测，注重对测量位点及测量间距展开控制。对无人测量船在水下地形测量中可能存在的问题，需要工作人员做好内业整理工作，便于获取准确的测量数据。在对测量数据进行编辑与校准后，需要使用相应的软件对数据展开分析，在科学计算的基础上做好对水下地形的分析，对相关资料进行归纳整理。针对测量资料的分类编排，可以与既往水下地形资料展开对比，结合无人测量船获取的数据信息进行图纸编制，为后续各项工作的开展提供科学指导，同时形成准确的技术对比报告。

4.2 布置检查线

水下地形测量中，无人测量船在运行过程中，需要提前在作业区域内构筑所在位置的检查线，保证其与主测深线保持垂直，长度需要超过主测深线，同时要对主测深线与检查线交叉位置的高度差进行检查，一般高度差不能超过0.2m[4]。在此期间，需要结合水下地形测量的相应规范，严格控制好无人测量船的测量精度，尽量将测量误差控制在标准范围内，这是水下地形策略的关键，也是保证测量作业有效性的一种手段，只有这样才能将无人测量船的最大价值发挥出来。

4.3 严格管理无人测量船

为了在水下地形测量中，提高无人测量船运行的自动化与智能化水平，需要针对无人测量船的运行搭建一个运行管理体系，通过制度执行严格规范无人测量船的运行行为，便于更高效地完成水下地形测量工作，充分将无人测量船的智能化优势发挥出来。首先，需要重视通过技术的优化与升级，提高无人测量船的工作效果，注重引进先进技术手段与技术装置，便于提高无人测量船在复杂环境下的工作能力，更好地发挥自身测量作用。具体进行水下地形测量时，船只运行视线可能会受到影响，包括系统判断障碍物距离的效果，可能给无人测量船的运行带来安全隐患，所以无人测量船还需要打造具备防碰撞功能的探测元件，通过自动对障碍物进行识别，减少作业期间发生碰撞的概率。其次，要重视对岸基控制系统的优化，注重岸基控制系统与无人测量船信息交流单元的准确连接，以此强化对无人测量船运行过程的管控，便于及时将水下地形测量中的数据信息进行传递，如利用通信系统将测量得到的数据信息快速传回数据控制中心，及时对数据信息进行整理、分析，确保无人测量船的使用能进一步达到预期效果[5]。倘若无人测量船切换了手动控制的模式，需要重视对视频传输功能模型的优化，利用无人测量船上搭载的摄像头，实现对所需信息的实时采集，或者通过超声波实现对障碍物的识别和自动避让，准确对障碍物与无人测量船之间的距离进行判断，保证作业的安全性，提高水下地形测量整体效率。

4.4 完善水下地形测量流程

水下地形测量流程中，考虑到传统载人船测量的方式在安全性上得不到保障，且测量范围存在局限性，因此使用无人测量船有着巨大价值，不过在实际采用无人测量船时，需要对水下地形测量的工作流程进行完善。首先，需要准备适当型号的无人测量船，做好对无人测量船参数的设置，重点检查测深仪、计算机等设备，保证各项设备功能完整，并做好对作业区域的观察，提前对无人测量船的航行路线进行确定。其次，可以采用CORS 信号开展测量作业，如本次作业缺少已知控制点，不具备对控制点进行校检的条件时，要对已知控制点进行确定，保证高程、平面坐标等均符合规定要求才能进行测量作业[6]。实际测量中，需要灵活切换自动与手动两种无人测量船操控模式，严格控制好模式切换的时间、间隔，如针对岸边水深度较浅的区域，适合采用手动控制的模式。最后，工作人员需要在视野比较开阔的位置对无人测量船进行操控，严格控制好采样的时间与位置间距，在完成一系列操作后及时将数据导出并进行内业整理，为绘制地形图做好充分准备。

5 无人测量船的应用前景

5.1 智能化

无人测量船在水下地形测量中，最大优势在于支持独立自主的测量作业，因此怎样提高无人测量船的自主能力、智能化水平是未来发展的关键，只有这样才能在未来的水下地形测量中，灵活应对各种复杂的作业环境，完成不同的测量任务，这也是目前无人测量船研究及应用的重难点。

5.2 标准化与模块化发展

为进一步提高无人测量船的质量及整体性能，保证无人测量船运行及控制的便捷性，有效降低船只运行风险，减少无人测量船的研制周期、研制成本，提高其与邻近船只的协同作业能力，无人测量船将进一步实现标准化发展，便于各船只系统间的准确对接。无人测量船的标准化发展需要提出有关软件标准接口、数据格式等方面的概念，在设计与研制过程中，分模块进行布局，将进一步提高无人测量船在水下地形测量中的作业能力及整体性能。

6 结语

综上所述，无人测量船在水下地形测量中有着良好应用前景，相比于传统载人船的测量方式，无人测量船在实际作用中能体现出安全、灵活、便捷等特征，其无人测量船具有较强隐蔽性和更低的运维成本，能进一步提高工作人员执行高强度、高风险的作业，减少工作人员重复性与长周期的工作。面向未来，无人测量船的技术研发将更加成熟，其应用范围会得到不断拓展，将逐渐实现从江河领域向深远海领域延伸，系统也将具备完全独立、完整作业等方面的能力。