无人船在粤西天然气管网项目水下地形测量中的应用

李作开(大庆油田工程有限公司，黑龙江 大庆 163712)

0 引言

在粤西天然气管网项目中，使用传统的水下地形测量方法无法高效的获得相应测量数据。而且载人船相对较大，吃水较深，不能够靠近浅水和浅滩地区进行测量，作业人员的人身安全不能得到保障，不利于项目的正常开展。而应用无人船测量技术则能够在浅水以及内河航道、水库、码头等区域进行精准测量，从而为天然气管网项目的设计、施工提供基础和依据。

1 无人船水下地形测量简述

无人船水下地形测量方法是以无人船作为载体，针对待测水域下的地形进行测绘，其可以搭载高精度的全球导航卫星系统，提出智能化、无人化、集成化、机动化、网络化的测量解决方案。本次研究采用项目作业的华微5 号流速流量无人测量船具有不扰动流场、测验历时短、测速范围较大等优势，在项目中可以充分的满足测量需求。能够针对河道地形测量以及管道穿越中线上河底纵断数据的采集和辅助图纸绘制等功能，在油气管网铺设和改造工程中发挥了巨大作用。而且无人船结合定位、无线传输于一体，让船体自动按照计划线行驶，人员只需在岸边接收数据，无需人员水上作业，实现真正意义上的水上无人化作业。在粤西天然气管网项目为勘察、设计、施工提供有力的数据支持[1]。

2 应用实例

2.1 项目介绍

粤西天然气管网项目是为了扩大阳江、江门市天然其利用规模、推动当地能源消费升级和能源结构调整、进一步促进当地经济绿色发展、高质量发展而提出的建设项目，粤西市县水网发达，在当地经济建设中起到很重要的作用。对其进行水下地形测量将有助于为相关建设活动提供有效的数据支持。文中主要是对阳江市辖区最大河流的漠阳江举例说明，管道穿越长度1.46公里，河槽宽度0.8 公里，测量时水域宽度为0.36 公里(如图1所示)，采用地形地籍成图软件以及华微5 号流速流量无人测量船随机处理软件等进行测量。

2.2 施测方法

本次作业采用无人测量船技术，该船为上海华测导航技术股份有限公司研发的华微5 号流速流量无人测量船，该产品是一款专为内陆湖泊设计的轻便小型自动无人测量船。船长1.6 米，自重10Kg，标配6 小时续航电池(可超配)，极大地方便了巡河排查作业。其系统特点是自重仅为10kg，便于携带。同时10cm 超浅吃水，能够实现全水域覆盖测量，船体采用碳纤维复合材料，坚固耐用。系统采用无线传输+本地储存可以实现远程查看，能够在一定程度上避免网桥不定延迟等现象。而且能够实现2KM 无线数传+控制，可以最大限度的保障水下地形测量质量。并且华微5 号流速流量无人测量船的水深精度在±1%之间、流速精度在±0.25%、流速在±2mm/s 左右，适用于河道测量以及河底测量，其具体的测量应用步骤为：

图1 漠阳江穿越规划图

对粤西天然气管网项目水下地形测量活动要在6 级风力以下天气进行，根据断面法进行施测，首先要在测探仪随机导航软件的支持下进行巡河，按照预先技术要求做好断面计划线，一般布置要与漠阳江的水流方向保持垂直的方向[2]。

无人船在测量时要尽可能的维持直线、匀速航行，如果需要变换测线时则要缓慢转弯。在转向以及变速时要及时定位。保障航向的变化不大于5°/min，实际航线与计划测线的偏距不得大于测线间距的25%左右。同时在测量作业过程中无人船的摆动幅度不宜过大。当河面浪高超过60cm 时则要立即停止作业，以免对测量数据和无人船安全造成影响。

在无人船巡河作业前，技术人员要校对好定位设备的时间、测量软件的启动以及坐标系统和投影参数等，同时还要进行遥控和采集偏航、走线设置等，根据测线间距编辑好图上距离，连接测探仪与计算机的端口和通讯，在GNSS 准备就绪后，则可以开始巡河测量。测量人员需要将无人船启动并自动巡航到测量水域内，可以进行测点定位以及测探等作业，测量人员可以在岸上通过系统软件的实时系统掌握无人船的轨迹以及测量获得的地形图。

在对漠阳江的水下地形进行测量时，无人船可能会漏测水下地形的最深点和最浅点等特征。这是由于在无人船的操作系统软件中一般是根据预先设定的测点间距以及路线等进行测深和定位，所以测量人员可以在整理内业时，根据无人船测探仪测深记录上的模拟记录信号，在原始记录的数据中精确的提取深水和浅水的特征点，从而能够获得三维坐标数据，便于绘制水下地形图。图2、图3 是无人船准备作业的场景。

图2 无人船现场作业图

图3 无人船现场作业基站部分

2.3 数据处理与绘图

在漠阳江段的无人船水下地形测量作业中。通过对数据的编辑和校正后，再利用专业的测量软件进行准确计算、修正水位。然后可以按照测量的日期对数据进行编排，此时要注意所有的原始数据要进行打印备份。最后对外业手薄进行整理和校正。采用Ocean Post-Processing V2.03f 处理软件绘制漠阳江水下地形图。本次无人船测量试验严格执行有关标准和项目各产品的技术规定，同时参考《粤西天然气主干管网项目(阳江-江门干线)1:1000 比例尺小型河流定向钻穿越测量项目设计书》的要求执行，确保本次测量结果真实准确，极大的提高了水下测绘工作效率，为粤西天然气管网项目提供了有力的数据支持。

3 结语

综上所述，无人船在水下地形测量作业中具有体积轻巧、吃水浅等特点，既能够解决载人船租借困难的问题，也能够降低载人船测量的危险系数，可以在最大限度内提高工作效率和测量水平。对于近海、水电站以及湖泊、城市内河等水下地形测绘具有相对显著的优势。因此无人测量船在未来的水域测绘、水域勘察、水质监测、甚至是军事方面的应用都有较大的市场前景。