无人船在水下测量中的应用

赵晖

（黑龙江省地质测绘地理信息院，黑龙江 哈尔滨150030）

伴随国家基础建设不断发展，我国提出了越来越高的需求，针对水域类测绘地理信息产业，国家目前需要解决的问题包括如下几个方面：其一，海岛（礁）测绘工程建设任务需要及时完成；其二，我国近海海域海底地形及滩涂测绘调查相关工作需要积极开展；其三，我国陆地水下地形测绘与监测工作需要深入开展，提高水下测量的精度；其四，通过采取措施，使水下地形测量实现数字化、自动化等。

相对传统测绘领域水下地形测量来说，往往需要有充足的人力资源和物力资源，而水下测量使用的设备繁杂而笨重，导致测量人员不方便携带，甚至测量水域缺乏船只，严重影响测量数据的精确度。自遥控测量船出现后，极大地提高了测量数据的精确度。如今，各大企业加大力度研制遥控测量船，无人测量船具有显著的节省人力优势。目前，遥控测量船被广泛使用在水域调查、航道测量、水域水下测量等领域当中。

1 无人船测量优势

无人船测量优势比较多，无人船在水面上航行可分遥控和自主模式。通过使用无人船，作业实现了无人化、智能化，极大地减轻了人的任务量，同时作业完成更加高，设计实现模块化。无人船测量的优势包括如下几个方面：

1.1 区域测量优势

目前一些区域的测量比较困难，例如小面积水域、陡岸、坎下的水下地形，以及大区域等。在测量小面积水域、陡岸、坎下的水下地形的时候，不仅需要配备大量设备，还需要人员去操作计算机，这就需要确保人员和设备的安全在测量的过程中，所以又配备载重较大的船来确保其安全，但是载重较大的船不方便接近区域。当测量大面积水域的时候，需要耗费大量时间去作业，且作业不高效。自从出现了无人船，这些问题得以解决。在测量陡岸区域的时候，相较于大船，无人船更容易靠近岸边运行，同时提供更加准确的水下地形图为抛石等施工设计；在测量激流险滩的时候，仅仅凭借无人船就可以顺利完成测量。

1.2 携带运输优势

无人船与普通的船只不同，无人船不仅小，使用起来非常灵活，质量也不重，便于携带。人们在外出勘测的时候往往把一些仪器带在自己身边，若使用无人船就可以把其放在后备箱即可。

1.3 智能避障

不论是普通船只还是无人船在水域作业的过程中会碰到大船、岛礁、岸坡等不容易预测的环境。但是无人船功能很多，其中有一种功能，即智能避障，则这些障碍物能被及时绕开，使船只行驶更加安全。

1.4 强大的软件功能

无人船除了具有智能避障之外，它还有很多功能，诸如：自动粗差检测、水深自动修改、抽稀、采样、断面自动处理、电子罗盘自动标定和校正、船载自动导航等，基于以上功能，测量将越来越智能化。

2 无人船测量原理和应用

2.1 无人船测量原理

无人船测量系统包括以下部分，即GNSS 接收机、单波速测深仪、高清摄像头、数据传输设备及每一种测量传感器，所以无人船具有多种功能，比如，可以进行远程遥控、自动测量与返航等。无人船作业流程为：首先，在岸上设置基站架，然后，凭借导航软件来建立相关项目，同时对已知点进行校正，接着，在导航软件中输入已经校正的参数。对于作业人员来说，为了确定测区，以及布设测线需要借助远程控制系统来实现。在进行各类航道测量工作的时候，人们可以把多波束测深仪、ADCP、陀螺仪等航道测量仪器设备搭载到无人船上，确保无人船更加高效地完成任务，其测量模式如图。

无人船测量模式

2.2 无人船在水下测量应用

在水下地形测量之前，需要测量人员先把一系列方面的准备工作做好：设备定位时间要进行校对；水下地形测量软件开启、坐标系统设置要合理等，这样做的目的是为了减少无人船反复测量的次数在测量过程中。当连接好GNSS 设备的同时开启自动巡航模式，无人船就可以进入需要测量的水域进行测量。在测量水下地形的过程中，无人船可借助测量人员设定好的航线来操作，利用机器人智能控制技术进行自动化（转下页）走线或者换线测量水下地形。在使用无人船测量过程中，测量人员往往采取断面法对水下地形进行测量。这就给测量人员提出要求，即测量人员科学设置断面的计划线根据河道河段情况同时使用一些导航软件。无人船需要进行在线测量，在这个过程中，测量船要保持匀速直线运行。但是河道水下地形最浅点等漏测问题会出现于在线测量过程中，为了避免这样的问题困扰无人船的测量，需要测量人员对内业整理环节给予高度重视，尤其测深仪探测记录的相关信号要准确把握，使特征点水深以及对应的三维坐标数据更加确定。

3 无人船测量存在的问题及展望

3.1 存在的问题

自从使用无人测量船以来，提高了航道测量的速度、效率，节省了大量人力物力，确保人员的安全。目前，无人测量船被积极使用在多个领域，但是在使用过程中，也存在一些问题，这就需要研究者积极研究及时解决问题：其一，抗流水能力较弱。无人测量船比较小、比较轻，因此当无人船运行的时候往往会产生一些涌浪、水流回旋水、泡水等，严重影响无人测量船的测量姿态。无人测量船在运行过程中能够依据计划线来进行，但是无人船不能及时有效地抵抗急流对船体的影响，导致无人船不能更加精确地测量水深。无人测量船也有一些不足，比如，没有强的抗流水能力、自动驾驶功能弱等，使无人船不能更加安全高效地测量在流速较大水域。其二，数据自动识别较弱。无人测量船的船体产生的干扰不是很多，通过测深仪能能够自己调节。但测量数据受到一些因素的干扰，比如，气泡、杂物、悬浮物等，使测量数据不精确，这样无法真实地反映出水底地形。

3.2 展望

伴随着无人船的广泛应用，将给水下测量带来新的变革。未来凭借智能化设备，可节省大量人力，只需几个人员就可以顺利进行水下测量。目前，人们积极使用航标遥测遥控、电子航道图等技术，使航道测量越来越数字化、越来越信息化，更利于无人船的测量。现如今，我国发展越来越快，尤其加快了物联网、无人驾驶、智能制造的发展速度，所以可推动无人船的发展。将各类测量设备搭载到无人测量船中，能确保无人船及时完成水下测量多项测量任务，在不久的将来，无人船技术将会不断成熟，在水下测量中得以更广泛应用。