洪德玫，張子航

（長江蕪湖航道處，安徽 蕪湖 241000）

水下地形測量是主要針對河流航道內(nèi)水深、是否存在淤泥出攤、是否存在礙航物等展開測量，如水下礁石、沉船等可能阻礙航道暢通的因素。傳統(tǒng)水下地形測量中，主要依靠人工驅(qū)動的船只搭載探測儀器進行測量，受技術(shù)、資金、氣候等多種條件限制，水下地形測量的局限性較強，同時需要多種設(shè)備儀器的搭配使用，才能得出相應(yīng)的測量結(jié)果。無人測量船的應(yīng)用，具備了對水下地形實現(xiàn)自動化測量的方式，能有效突破傳統(tǒng)測量中存在的局限性，也可以避免在危險區(qū)域開展測量作業(yè)引發(fā)的安全事故，因此無人測量船在水下地形測量中備受青睞。

1 無人測量船的優(yōu)勢

無人測量船系統(tǒng)主要由遙控?zé)o人船測量子系統(tǒng)、岸基控制系統(tǒng)等部分構(gòu)成。遙控?zé)o人測量船子系統(tǒng)主要包括力系統(tǒng)、陀螺儀、CCD 攝像頭、船上控制系統(tǒng)等多個部分；岸基控制子系統(tǒng)主要具備無線傳輸與交互界面控制等功能，可用于對船上數(shù)據(jù)的接收與處理，也可以實現(xiàn)對無人測量船的遠程控制，驅(qū)動無人測量船多角度展開測量[1]。其主要構(gòu)成包括計算機終端（筆記本電腦）、遙控器、無線電臺等，有助于在作業(yè)區(qū)域周邊開闊位置實時對船只展開控制，在岸基控制系統(tǒng)的幫助下，能有效提高船只控制的精度，便于船只更高效地完成作業(yè)。

在水下地形測量中，無人測量船屬于一種比較新穎的測量方式，在我國經(jīng)過多年應(yīng)用后，已逐漸實現(xiàn)與智能化探測技術(shù)、信息技術(shù)等技術(shù)手段的融合應(yīng)用，也使得無人測量船的自動化與智能化水平大幅提升，在實際作業(yè)中無人測量船體現(xiàn)出了顯著穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性、全面性等測量特性，目前已逐漸實現(xiàn)對傳統(tǒng)載人船作業(yè)形式的替代，在水下地形測量中無人測量船的應(yīng)用范圍越來越廣。

無人測量船具有安全、可靠、低成本等優(yōu)勢，由于其具備遠程控制功能和小型化等特性，所以可以在不載人的情況下開展測量作業(yè)，能減少在危險區(qū)域作業(yè)時發(fā)生安全事故的概率。無人測量船的船體偏小，具有攜帶便捷、靈活性強等優(yōu)勢，船體搭載通信系統(tǒng)與傳感器系統(tǒng)，系統(tǒng)功能優(yōu)越性較強，能在精準(zhǔn)獲取測量數(shù)據(jù)后實現(xiàn)高效地傳遞與處理，同時在傳感器的作用下還能自動避開水下障礙物，更靈活地展開水下地形測量作業(yè)。

無人測量船的結(jié)構(gòu)簡單，搬運十分便捷，在測量前準(zhǔn)備與實際測量中花費的時間較少，可以根據(jù)斷面數(shù)據(jù)間隔要求合理對采樣間隔進行設(shè)置，且不容易受人為因素的干擾，同時在測量作業(yè)中需要的人員數(shù)量減少，能節(jié)省水下地形測量的成本支出。

2 無人測量船的主要功能

2.1 智能導(dǎo)航

無人測量船一般有兩種導(dǎo)航模式，分別為手動與自動，用戶可以通過工作需要靈活切換導(dǎo)航模式。自動導(dǎo)航模式一般是水下地形測量的首選，切換該模式后，主要由用戶提前設(shè)計無人測量船的測量路線，實現(xiàn)船只自動航行，能減少手動操作帶來的麻煩，采用RTK 數(shù)據(jù)定位自主導(dǎo)航，能保證走線的精準(zhǔn)性，有效減少船只運行時出現(xiàn)的航線誤差，更精準(zhǔn)地實現(xiàn)對水下地形地貌的測量。手動模式主要通過操作遙控器的方式對船只航行進行控制，手動與自動的結(jié)合更容易提高航向的準(zhǔn)確性，能有效避免無人測量船在航行時與各種障礙物發(fā)生碰撞。

2.2 數(shù)據(jù)采集

主要是在GPS 的幫助下，為無人測量船的航行及測量提供定位信息，采用RTK 技術(shù)提高對位置信息精度提供保障，通過在岸邊設(shè)置基準(zhǔn)站的方式快速獲取信息，并通過電臺將獲取的信號發(fā)射給船只搭載的GPS裝置，提高航行的精準(zhǔn)性，也可以不考慮架設(shè)基準(zhǔn)站，直接使用CORS 信號。

2.3 傳感器系統(tǒng)

無人測量船打造了多種傳感器裝置集成的傳感器系統(tǒng)，在水下地形測繪中，如側(cè)掃、水質(zhì)分析、測流、測深等功能的實現(xiàn)，主要得益于多種傳感器的幫助，能快速幫助用戶捕捉各種水下信息，傳感器系統(tǒng)的功能會直接給水下地形測量的結(jié)果產(chǎn)生影響[2]。

2.4 定位測深數(shù)據(jù)存儲

利用無線電臺將測深、定位等數(shù)據(jù)實時傳輸至岸基的客戶端，便于實時對定位、水深等數(shù)據(jù)進行查看，因此無人測量船還具有無線實時傳輸與存儲的功能。還可以直接將測深、定位等數(shù)據(jù)記錄在測深儀器存儲器內(nèi)，便于后期對數(shù)據(jù)的導(dǎo)出和處理。

3 無人測量船的市場需求

傳統(tǒng)水下地形測量中，主要使用吃水較深、體積較大的船只，通過搭載GPS、測深設(shè)備等開展作業(yè)，此類載人船只難以到達障礙物較多、淺水、岸邊等區(qū)域進行作業(yè)；而采用吃水較淺的橡皮艇、竹筏等開展水下地形測量，或者直接采取人工蹚水的方式有較高危險性，且測量精度、效率得不到保障，尤其是在危險水域不適合采用上述兩種方法。所以在當(dāng)前的水下地形測量領(lǐng)域，迫切需要一種更安全、高效、便捷的工具彌補傳統(tǒng)載人船只在水下地形測量中的缺陷，無人測量船的出現(xiàn)，剛好能滿足水下地形測量的多種需求，有助于處理好水下地形測量安全隱患多、吃水淺、作業(yè)范圍狹窄、數(shù)據(jù)獲取難等多方面缺陷，因此無人測量船在當(dāng)前的市場中得到了有效推廣。

4 無人測量船在水下地形測量中的應(yīng)用

4.1 水下地形測量

水下地形測量開始前需要做好充足準(zhǔn)備工作，工作人員需要提前做好對水下測量軟件的調(diào)試、坐標(biāo)系統(tǒng)精度校正、定位時間等準(zhǔn)備工作，盡量減少因系統(tǒng)問題導(dǎo)致的水下地形測量誤差。在連接好GNSS 設(shè)備后正式開始測量工作。首先可以切換自動模式，在無人測量船進入特定水域后開展測量工作。水下地形測量中，可以采取智能控制技術(shù)手段，提前對無人測量船的航線進行設(shè)置，提高水下地形測量的自動化水平。工作人員要通過相關(guān)軟件對水面、水下情況進行調(diào)查、分析，科學(xué)設(shè)置航線，盡量減少航線誤差。無人測量船在運行過程中，船只需要保持勻速、直線的運行狀態(tài)，在改變測線時，徐亞奧進行精準(zhǔn)定位，盡量減少船只的浮動、擺動，科學(xué)進行變速、專項[3]。整個過程中，要盡量減少風(fēng)浪給水下地形測量帶來的不良影響，所以在測量前還需要做好對風(fēng)浪高度的調(diào)查，選擇合適的時間進行測量。在線測量中還可能面臨最淺點等測漏問題，所以還需要做好對此類問題的準(zhǔn)確控制，在前期準(zhǔn)備中進行準(zhǔn)確預(yù)測，注重對測量位點及測量間距展開控制。對無人測量船在水下地形測量中可能存在的問題，需要工作人員做好內(nèi)業(yè)整理工作，便于獲取準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。在對測量數(shù)據(jù)進行編輯與校準(zhǔn)后，需要使用相應(yīng)的軟件對數(shù)據(jù)展開分析，在科學(xué)計算的基礎(chǔ)上做好對水下地形的分析，對相關(guān)資料進行歸納整理。針對測量資料的分類編排，可以與既往水下地形資料展開對比，結(jié)合無人測量船獲取的數(shù)據(jù)信息進行圖紙編制，為后續(xù)各項工作的開展提供科學(xué)指導(dǎo)，同時形成準(zhǔn)確的技術(shù)對比報告。

4.2 布置檢查線

水下地形測量中，無人測量船在運行過程中，需要提前在作業(yè)區(qū)域內(nèi)構(gòu)筑所在位置的檢查線，保證其與主測深線保持垂直，長度需要超過主測深線，同時要對主測深線與檢查線交叉位置的高度差進行檢查，一般高度差不能超過0.2m[4]。在此期間，需要結(jié)合水下地形測量的相應(yīng)規(guī)范，嚴(yán)格控制好無人測量船的測量精度，盡量將測量誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，這是水下地形策略的關(guān)鍵，也是保證測量作業(yè)有效性的一種手段，只有這樣才能將無人測量船的最大價值發(fā)揮出來。

4.3 嚴(yán)格管理無人測量船

為了在水下地形測量中，提高無人測量船運行的自動化與智能化水平，需要針對無人測量船的運行搭建一個運行管理體系，通過制度執(zhí)行嚴(yán)格規(guī)范無人測量船的運行行為，便于更高效地完成水下地形測量工作，充分將無人測量船的智能化優(yōu)勢發(fā)揮出來。首先，需要重視通過技術(shù)的優(yōu)化與升級，提高無人測量船的工作效果，注重引進先進技術(shù)手段與技術(shù)裝置，便于提高無人測量船在復(fù)雜環(huán)境下的工作能力，更好地發(fā)揮自身測量作用。具體進行水下地形測量時，船只運行視線可能會受到影響，包括系統(tǒng)判斷障礙物距離的效果，可能給無人測量船的運行帶來安全隱患，所以無人測量船還需要打造具備防碰撞功能的探測元件，通過自動對障礙物進行識別，減少作業(yè)期間發(fā)生碰撞的概率。其次，要重視對岸基控制系統(tǒng)的優(yōu)化，注重岸基控制系統(tǒng)與無人測量船信息交流單元的準(zhǔn)確連接，以此強化對無人測量船運行過程的管控，便于及時將水下地形測量中的數(shù)據(jù)信息進行傳遞，如利用通信系統(tǒng)將測量得到的數(shù)據(jù)信息快速傳回數(shù)據(jù)控制中心，及時對數(shù)據(jù)信息進行整理、分析，確保無人測量船的使用能進一步達到預(yù)期效果[5]。倘若無人測量船切換了手動控制的模式，需要重視對視頻傳輸功能模型的優(yōu)化，利用無人測量船上搭載的攝像頭，實現(xiàn)對所需信息的實時采集，或者通過超聲波實現(xiàn)對障礙物的識別和自動避讓，準(zhǔn)確對障礙物與無人測量船之間的距離進行判斷，保證作業(yè)的安全性，提高水下地形測量整體效率。

4.4 完善水下地形測量流程

水下地形測量流程中，考慮到傳統(tǒng)載人船測量的方式在安全性上得不到保障，且測量范圍存在局限性，因此使用無人測量船有著巨大價值，不過在實際采用無人測量船時，需要對水下地形測量的工作流程進行完善。首先，需要準(zhǔn)備適當(dāng)型號的無人測量船，做好對無人測量船參數(shù)的設(shè)置，重點檢查測深儀、計算機等設(shè)備，保證各項設(shè)備功能完整，并做好對作業(yè)區(qū)域的觀察，提前對無人測量船的航行路線進行確定。其次，可以采用CORS 信號開展測量作業(yè)，如本次作業(yè)缺少已知控制點，不具備對控制點進行校檢的條件時，要對已知控制點進行確定，保證高程、平面坐標(biāo)等均符合規(guī)定要求才能進行測量作業(yè)[6]。實際測量中，需要靈活切換自動與手動兩種無人測量船操控模式，嚴(yán)格控制好模式切換的時間、間隔，如針對岸邊水深度較淺的區(qū)域，適合采用手動控制的模式。最后，工作人員需要在視野比較開闊的位置對無人測量船進行操控，嚴(yán)格控制好采樣的時間與位置間距，在完成一系列操作后及時將數(shù)據(jù)導(dǎo)出并進行內(nèi)業(yè)整理，為繪制地形圖做好充分準(zhǔn)備。

5 無人測量船的應(yīng)用前景

5.1 智能化

無人測量船在水下地形測量中，最大優(yōu)勢在于支持獨立自主的測量作業(yè)，因此怎樣提高無人測量船的自主能力、智能化水平是未來發(fā)展的關(guān)鍵，只有這樣才能在未來的水下地形測量中，靈活應(yīng)對各種復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，完成不同的測量任務(wù)，這也是目前無人測量船研究及應(yīng)用的重難點。

5.2 標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化發(fā)展

為進一步提高無人測量船的質(zhì)量及整體性能，保證無人測量船運行及控制的便捷性，有效降低船只運行風(fēng)險，減少無人測量船的研制周期、研制成本，提高其與鄰近船只的協(xié)同作業(yè)能力，無人測量船將進一步實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，便于各船只系統(tǒng)間的準(zhǔn)確對接。無人測量船的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展需要提出有關(guān)軟件標(biāo)準(zhǔn)接口、數(shù)據(jù)格式等方面的概念，在設(shè)計與研制過程中，分模塊進行布局，將進一步提高無人測量船在水下地形測量中的作業(yè)能力及整體性能。

6 結(jié)語

綜上所述，無人測量船在水下地形測量中有著良好應(yīng)用前景，相比于傳統(tǒng)載人船的測量方式，無人測量船在實際作用中能體現(xiàn)出安全、靈活、便捷等特征，其無人測量船具有較強隱蔽性和更低的運維成本，能進一步提高工作人員執(zhí)行高強度、高風(fēng)險的作業(yè)，減少工作人員重復(fù)性與長周期的工作。面向未來，無人測量船的技術(shù)研發(fā)將更加成熟，其應(yīng)用范圍會得到不斷拓展，將逐漸實現(xiàn)從江河領(lǐng)域向深遠海領(lǐng)域延伸，系統(tǒng)也將具備完全獨立、完整作業(yè)等方面的能力。