无人船在水下地形测量中的应用分析

刘宸

（长江南京航道局，江苏 南京 210011）

当前，河流管理是关系到交通、生态和流域灾害防治的重要工作内容。进行河流管理，疏浚航道，都需要准确、可靠的河流地理数据的支持，水下地形测量尤为重要。相比传统测量方式，无人船测量系统能够以高精密设备和先进技术，获取便捷、高效、准确的水下地形图，尤其在智能化技术的加持之下，无人船测量系统仍在不断更新。相关单位应当对无人船的应用进行分析和掌握，采取有效的优化措施，以便发挥无人船在水下地形测量中的最大优势。

1 无人船测量系统构成

无人船系统的构成主要分为两大部分，分别是作业系统和船体系统。其中GNSS 定位系统和测深系统是作业系统的主要构成部分；船体构造、通信系统、避障、动力系统、导航系统以及视频系统等构成了船体系统。在无人船系统中作为核心的就是无人船测量系统，其主要的任务就是导航定位和测量水深，无人船测量系统由非常多且复杂的设备构成，主要有数字测深仪、距离传感器、全角度摄像头、姿态传感器以及GNSS 接收机等。在执行导航定位任务的时候，其主要依据的原理是GNSS-R TK 动态差分定位原理，将GNSS 基准站架设在岸基上，其主要任务是接收GNSS 卫星信号之后将处理后的差分数据向无人船上的GNSS 接收机传送，这样就能够很好地进行导航和定位了。船体上安装有数字测深仪，其借助换能器可以把电能转换成声能，向水底发射声能之后，声能抵达水底返回的时候是以回波形式返回，这时还是可以通过换能器对回波电能信号进行检测，这样一来就可以精准计算传播时间了，进而能够很好地测量水深，其可以以回波图形显示在屏幕上。

2 无人船测量系统的特点

在开展水下地形测绘的时候其中一种方式就是借助无人船测量水下地形，无人船测量的特点是小巧且高效，轻便灵活、吃水浅，因此被测绘相关单位青睐。无人船船体小巧非常方便携带，具有非常高的隐蔽性和灵活性，且其速度快、阻力小有比较好的耐波性，具有非常稳定的航行状态。另外还能够搭载武器系统、高精度传感器系统、可靠通信系统以及导航控制系统等。无人船推进器采用的是可拆卸模块化涵道式，不仅能够很好地处理水草、防渔网缠绕问题，还可以灵活地进行更换，维护起来也非常方便。无人船螺旋桨使用的是直流无刷电机驱动，其特点是可靠性高且速度快。利用无人船开展地形测绘时，不仅高效便捷、安全可靠，而且还有比较低的运行成本，和传统测量相比具有很大的优势。

3 水下地形测量中无人船的应用

3.1 测量实例

下面我们以某个河道实际的测量工作举例，展开详细介绍，对河道疏浚前后的水下地形开展测量活动时采用的是无人测量船，该河道有约4.85 平方千米的水下面积，通过Cass9.1 地形地籍成图软件进行内业绘图。由于无人测量船提升了抗风浪性能，也一定程度上改善了其吃水情况和平稳性，所以在应用时变得更加的方便。

3.2 具体应用

（1）水下地形测量。测量河道水下地形之前，必须得做好准备工作。准备工作包括校正好坐标系统精准度、调试好水下测量软件、确定好定位时间等，控制好系统工作问题，防止由于准备工作不到位导致水下地形测量出现严重误差。连接好GNSS 设备之后就能够进入到测量活动了，必须得设置自动巡航模式，当进入需要测量的水域之后就可以开启测深和测点的任务了。测量该地区河道水下地形时，可以借助智能控制技术设置好前期航线，接下来就可以利用自动化来开展相关的测量活动。当天气情况不佳时，只要是6 级以下风力都是能够继续执行测量任务的，不过需要测量人员在相关软件的支撑下对河段具体情况进行分析，以便可以合理且科学地规划好断面计划线，确保计划线和水流方向是互相垂直的关系。无人测量船在执行相关任务的时候船只姿态要保持直线，另外运行的时候要保持匀速状态。若是需要对河道测线进行改动的话，必须得注意定位工作要做好，防止出现浮动和摆动情况，另外还需要准备好变速和转向。执行水下地形测量任务时必须控制好风浪高度。若是风浪在0.6 米以上的话，会导致探测仪回声起伏数值大，这就会影响到测量精度，因此控制工作的开展非常有必要。执行在线测量活动时常常会有最浅点侧漏问题发生，所以预先要针对这些问题做好相关准备工作，控制好测量位点和测量间距。

（2）处理水下地形测量数据和绘图。对测量得到的数据进行编辑和校正后，还得在软件支撑下开展更具专业性的分析，通过专业软件的计算对地下地形地势以及水位等进行深入分析，同时还要整理归纳好相关资料。对测绘资料进行分类编排的时候，对疏浚前后的水下地形可以展开深入分析，然后再根据无人测量船测得数据等，开展相关图纸构建工作。

（3）布置检查线和检查精准度。无人测量船执行测量任务的时候，必须得将任务所在位置检查线构筑好，另外检查线必须得垂直于主测深线，同时长度不能过短，必须得超过主测深线。值得注意的是，交叉位置高度必须得小于标准值0.2 米。控制好水下地形测量精准度是开展水下地形分析的关键，该项工作做好了才能够确保测量工作是有效且可靠的。另外和传统人工测量进行比较，这也是无人测量船的优势所在。

4 智能无人测量船应用效果优化具体措施

（1）借助智能无人测量船执行相关的测量任务时，对于运行效率和技术控制体系的优化升级等应当给予相应的重视，这样无人测量船才能够取得理想的测量效果。尤其是对于智能避障功能要给予更多的关注，这可以有效提升无人测量船复杂环境工作能力和工作效率，无人测量船技术在此基础上才能够将其功能和优势发挥出来。实际应用中智能无人测量船视线会被水下环境干扰影响，导致其不能够很精准地判断障碍物距离，这在实际工作中可能会导致出现安全隐患。这个时候就凸显出探测元件应用的必要性和重要性了，能够将船体和障碍物碰撞概率降下来。

（2）执行水下地形测量任务时对于岸基系统优化也要给予相应的重视，确保智能无人测量船信息交流单元可以和岸基系统控制单元高效连接起来，以便更好地管理测量工作的开展，这样一来工作水平得以提升，能够更及时、系统且完整的传输河道断面数据信息。

（3）若是采用的是手动模式的话，对于优化视频传输模块应当重视起来，可以借助设备摄像头采集相关的信息数据，另外还可以借助超声波自动规避障碍物，同时可以精准地判断出船体到障碍区的具体距离。

5 结束语

综上所述，无人船技术是水下地形测量的重要技术，具有安全性高、避免事故、效率高、成本低、精度高等多种优势。相关部门在水下地形测量实际工作中，应当加强对无人船测量系统的应用，做好准备工作，对设备、软件、系统等进行调试，科学合理地处理测量数据和测绘图，重视检查线的设置和检查精准度的控制。还应当采取有效的优化措施，对其技术控制体系进行优化，加强岸基系统的改进，加强视频传输模块的设计等，提升技术应用效果。