无人测深技术在河道治理中的应用

□聂欣宇

传统的水深测量方法主要是采用测深仪搭载船舶，配合GPS定位技术，得到三维信息，受水位高低、杂物漂浮、通行不畅等限制，传统方法存在很大不足，智能测量船将测深、定位、自动巡航等众多技术相结合，实现了对水深的精确测量，突破了传统测量的局限，极大的缩短了工作周期，提高了作业安全系数。因此，智能测量船针对浅滩、未知等困难水域的水下地形测量具有广泛的应用前景。

1.关键技术

南方智能测量船系统由专用软件、岸基操控终端、外围传感模块、自动导航模块、小型无人船、声呐探测模块等部分组成，他将网络化、智能导航控制、卫星定位、测深等众多技术相结合，提出了集成化、智能化、网络化、机动化、无人化、高精度的勘测解决方案。该系统可实现自动巡航，通过网络模块完成数据的实时传输和自动备份，同时，可以对航行轨迹的流速、水质、水深、位置等参数进行快速准确的数据采集，然后通过专用软件进行后处理生成水下地形图，并计算土方或库容等。

一是系统应用方面。可定制性强；配备小型化RTK和测深传感器；可搭载主流ADCP、声呐、水质监测仪、水环境监测设备等。

二是可实现自主导航和智能避障。针对无人船的自主导航、自动返航算法精度可靠；高精度的 GNSS（GPS、BDS、GLONASS、Galileo）模块设计；地图下载及任务规划设计便捷。

三是实时通信。2km遥控器手动操控；测量数据及视频实时传输；工作状态和任务状态实时传输；10km点对点射频通讯。

四是专业船体设计。三体设计，重心低，航行稳，抗3级风浪；可插拔式双舵机推进，最高船速3m/s；全密封设计，防腐蚀，隔舱防沉，漏水报警。

五是高强度续航作业。高容量锂聚合物电池，可靠工作7年以上，；2h以上超强续航；可选配备用电池。

六是无人船专用软件。集测量导航、数据采集和后处理多功能于一体；按测量规范定制，可导入DXF底图；实时显示测量信息和船只状态，软件可直接操控船只。

2.实际应用

全域治水清水润城今冬明春主城区河道水系清淤工程测量是《唐山市全域治水清水润城三年行动方案》的重点建设项目，该项目测量范围涉及唐山市主城区共计70km河道。目前，水深测量的主要方法为测深仪和测深杆，但是面对主城区河道内部芦苇、蓝藻、水藻、漂浮物等繁多，及桥梁涵洞林立、水面通行不畅等种种困难，传统方法存在很大的不足。

为按时完成测量任务，项目组引进了南方智能测量船，面对城区复杂的水环境，通过大量的实践数据，积极探索了不同的水环境对无人船测深精度的影响。

一是控制测量。根据已知控制资料、卫星状况、和交通情况等综合考虑，利用GPS定位技术和河北省卫星定位综合服务系统进行图根控制测量，沿河道共布设图根控制点58座，提高定位精度和工作效率。

二是内业规划设计。外业横断测量之前，内业利用奥维及CASS8.1等软件，按照50m的断面间隔，生成横断线文件数据。

三是外业数据采集。外业水深测量采用南方智能测量船进行。

水域测量选在波浪较小的天气进行；测深点按横断面布设，断面方向原则上与岸线（或主流方向）相垂直；测深线和点位间距：此次测深线间隔布设为50m，点位布设为3m；定位与测深：南方智能测量船自带导航系统，通过与南方灵锐S86T接收机连接，在“水文测量—无人船版本”软件可视化窗口中显示实际测量船的位置。若航线偏离计划测线，测量员根据实时定位结果指挥船只返回计划测线；水深检查：每日测深结束后，对所测的测深断面进行检查。检查断面与测深断面宜垂直相交，检查点数不应少于5%。

四是内业数处理。内业利用VB和VLISP编程程序，自主研发了水利断面软件，自动提取横断面成果数据。由于水域与陆域采用统一的控制测量基准，因此，可实现陆域与水域测绘成果的无缝结合，从而建立真实的横断面成果。

3.取得结论

该项目断面测量完成以后，所有河道马上进入施工阶段，为探索不同的测深设备、不同的水环境对测深精度的影响，分6个作业组，对排水后的河道分区复测，复测结果与水深测量结果相校核，最大误差8cm，最小误差0.5cm，成果精度可靠。

实践证明：智能测量船利用无人测深技术获取水下地形数据精度能够满足大比例尺地形图水下地形测量的精度要求，且在复杂水域条件下，能够大大降低测绘人员的劳动强度，提高外业测量效率，避免外业人员水上作业的危险。在大面积的水域，利用自动巡航技术，智能测量船可以得到更广泛的应用。

4.相关建议

智能测量船在实现高效、便捷、安全和经济的同时，作者通过实践应用，还发现了几点不足之处有待完善。一是智能测量船的动力系统有待增强，在风浪较大、水面杂草较多的水域，动力系统严重下降；二是船体较轻，易受风浪、水流影响，影响测深精度；网络模块有待增强；三是在树木密集的区域，网络信号差，数据只能识别功能有待提高；四是测深仪对水草、杂物和漂浮物等不能只能识别，噪点较多，后期需要人工处理原始数据；五是自动避障功能有待提高。