無人測(cè)量船在實(shí)際水深測(cè)量作業(yè)中的應(yīng)用研究

□ 吳 然雷成彥 劉偉偉

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局第四地形測(cè)量隊(duì)，黑龍江 哈爾濱 150052；2.新疆維吾爾自治區(qū)第二測(cè)繪院，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830001）

0.引言

傳統(tǒng)的水深測(cè)量方式一般使用測(cè)深儀器安裝在載人船舶上，結(jié)合GNSS設(shè)備，得到坐標(biāo)信息，但由于載人船舶吃水深，在淺灘區(qū)域會(huì)形成空白區(qū)，皮劃艇較為靈活，吃水淺，但對(duì)于作業(yè)人員而言，危險(xiǎn)性大，傳統(tǒng)的水深測(cè)量方式已經(jīng)難以滿足日益增長(zhǎng)的測(cè)繪需求[1]。

隨著測(cè)繪理論的不斷完善，以及無人艦艇的發(fā)展，開始出現(xiàn)使用無人艦艇[2]作為平臺(tái)，搭載GNSS接收機(jī)和測(cè)深儀，利用RTK定位技術(shù)和測(cè)深技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水深的精確測(cè)量[3]，極大地縮短了作業(yè)周期，突破了傳統(tǒng)人工測(cè)量的局限[4]。本文以實(shí)際無人船應(yīng)用項(xiàng)目為案例，通過對(duì)比傳統(tǒng)人工測(cè)量方式和無人測(cè)量船在實(shí)際水深測(cè)量作業(yè)中的采樣數(shù)量，作業(yè)耗時(shí)，人工成本等，探究無人測(cè)量船在水深測(cè)量方面的優(yōu)勢(shì)。

1.無人測(cè)量船水下測(cè)量系統(tǒng)

無人測(cè)量船水下測(cè)量系統(tǒng)由無人測(cè)量船平臺(tái)、分體式測(cè)深儀、GNSS導(dǎo)航設(shè)備、無線通訊等組成[5]（如圖1所示）。

本項(xiàng)目使用華微3號(hào)無人測(cè)量船，其技術(shù)路線如下：

圖1 無人測(cè)量船作業(yè)

無人測(cè)量船以無人艦船作為平臺(tái)，主要作業(yè)環(huán)境為湖泊、水庫(kù)、港灣等水域，平臺(tái)搭載高精度測(cè)深儀，可以實(shí)時(shí)獲取水下高程，并通過GNSS接收機(jī)，配合導(dǎo)航設(shè)備和無線遙控技術(shù)，在提供平面位置信息的同時(shí)，控制無人測(cè)量船的航行[6]，岸上基站和電臺(tái)提供無線傳輸服務(wù)[7]。

系統(tǒng)功能：

（1）航行功能：操作分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，內(nèi)置高靈敏度慣導(dǎo)，自動(dòng)模式下，根據(jù)時(shí)間編輯好的任務(wù)指令在水上GNSS自主導(dǎo)航，嚴(yán)格按照規(guī)劃線路自動(dòng)航行。2Km的手動(dòng)遙控距離，UHF電臺(tái)，保證通訊正常。

（2）續(xù)航功能：超長(zhǎng)續(xù)航能力，兩塊電池可以提供6h工作時(shí)長(zhǎng)，三體船型，吃水淺，擾流小，有效提高測(cè)量作業(yè)效率。

（3）測(cè)深功能：分體式測(cè)深儀，軟硬件分離，有效避免了因設(shè)置測(cè)深儀而導(dǎo)致的設(shè)備頻繁出入水。

（4）數(shù)據(jù)采集功能：GNSS導(dǎo)航設(shè)備為無人測(cè)量船的自動(dòng)航行與測(cè)量提供位置信息，使用GNSS RTK提高位置信息的精度，通過在岸邊架設(shè)基站接收機(jī)的方式獲得信號(hào)，再由電臺(tái)發(fā)射給無人測(cè)量船上的接收機(jī)，使航行更為精準(zhǔn)。

具體技術(shù)參數(shù)（如表1所示）。

表1 華微3號(hào)無人測(cè)量船技術(shù)參數(shù)

2.水深測(cè)量試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)區(qū)選取大慶某地區(qū)若干水泡子，總面積約11500m2。

人工測(cè)量具體施測(cè)方法如下：

（1）開始作業(yè)前，準(zhǔn)備船只，檢查儀器設(shè)備完好性，檢查船只安全性，設(shè)置基站，GNSS接收器等設(shè)備參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行觀察，確定船只航行路線。

（2）船只入水，測(cè)量人員登上船只，航行到指定地點(diǎn)，進(jìn)行坐標(biāo)位置的測(cè)量和水深數(shù)據(jù)的測(cè)量。

（3）測(cè)量完成后，登岸，搬運(yùn)船只，進(jìn)行下一個(gè)坑塘的測(cè)量。

（4）全部測(cè)量完成后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，整理內(nèi)業(yè)，編制繪圖。

無人測(cè)量船具體施測(cè)方法如下：

（1）開始作業(yè)前，首先設(shè)置無人測(cè)量船參數(shù)，對(duì)測(cè)深儀、筆記本等儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，保證設(shè)備完好性，架設(shè)基站。對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行觀察，初步確定無人測(cè)量船行進(jìn)路線（鑒于試驗(yàn)區(qū)坑塘形狀不規(guī)則，部分區(qū)域水草較茂密，本次試驗(yàn)采取手動(dòng)的航行方式）。

（2）無人測(cè)量船入水，操作人員站在視野開闊的地方，手動(dòng)操作無人測(cè)量船航行，無人測(cè)量船每隔5m自動(dòng)進(jìn)行一次水深和坐標(biāo)數(shù)據(jù)采樣。

（3）回收無人測(cè)量船，搬運(yùn)至下一個(gè)試驗(yàn)區(qū)，進(jìn)行下一個(gè)坑塘的測(cè)量。

（4）全部測(cè)量完成后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，整理內(nèi)業(yè)，編制繪圖。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

作者通過測(cè)量時(shí)間效率，測(cè)量面積、人員投入等方面就人工方式與無人測(cè)量船施測(cè)方式進(jìn)行比對(duì)（如表2所示）。

表2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試比對(duì)信息表

無人測(cè)量船測(cè)定四十四號(hào)泡1區(qū)水下地形示意圖（如圖2所示）。

圖2 四十四號(hào)泡1區(qū)水下地形示意圖

無人測(cè)量船測(cè)定四十四號(hào)泡2區(qū)水下地形示意圖（如圖3所示）。

圖3 四十四號(hào)泡2區(qū)水下地形示意圖

2.3 試驗(yàn)分析

從試驗(yàn)情況來看：無人測(cè)量船結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，搬運(yùn)方便，準(zhǔn)備時(shí)間短，人工測(cè)量租用船只較為笨重，準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)；無人測(cè)量船可以設(shè)置采樣間隔以獲取更為密集的數(shù)據(jù)量，而人工測(cè)量采樣間隔無法準(zhǔn)確把握；無人測(cè)量船續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，避免人員疲憊導(dǎo)致的效率下降；無人測(cè)量船采用自動(dòng)導(dǎo)航，不受人為因素干擾，采樣數(shù)量豐富，作業(yè)時(shí)間短，單位時(shí)間內(nèi)覆蓋的水域面積遠(yuǎn)大于人工測(cè)量方式；特別是淺灘區(qū)域，人工測(cè)量只能采取人員涉水測(cè)量，而無人測(cè)量船由于吃水較淺，不受影響。

存在的問題：在水草茂密的復(fù)雜水域環(huán)境，無人測(cè)量船偶爾會(huì)被水草纏住，影響作業(yè)。

3.結(jié)束語

本次試驗(yàn)采用無人測(cè)量船和人工測(cè)量?jī)煞N方式分別對(duì)坑塘水下高程進(jìn)行測(cè)量，通過對(duì)比兩種測(cè)量方式的采樣數(shù)、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)效率，表明無人測(cè)量船在水深測(cè)量方面具有高效率，低人工成本等特點(diǎn)。此外，無人測(cè)量船在提高效率的同時(shí)，還可以大幅降低作業(yè)人員涉水作業(yè)或登船作業(yè)的危險(xiǎn)性，保障人員和設(shè)備安全，雖然在水草茂密或者風(fēng)浪較大的復(fù)雜水域環(huán)境下，無人測(cè)量船會(huì)受到一定的干擾，總的來說，無人測(cè)量船做到了自動(dòng)化、智能化、高效率、減少野外工作量，可以設(shè)想，在大范圍的水域，采用事先設(shè)定好的航線，使用自動(dòng)續(xù)航方式，作業(yè)效率會(huì)有更大地提升，無人測(cè)量船也會(huì)得到更廣泛地應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

【1】呂維祥，等.淺談水下測(cè)量技術(shù)[J].科技與管理,2012(8)

【2】【2】R S Hunter ,C Brown ,LK Jenkins,GA Meadows ,RAShuchman Bathy Boat:An Autonomous SurfaceVesselfor Stand- alone Survey and Underwater Vehicle Network [R]Marine Technology Society Journal,2010.

【3】何書鏡.基于 CORS的網(wǎng)絡(luò) RTK技術(shù)在水下測(cè)繪中的應(yīng)用［J］.海洋測(cè)繪，2011，31(6):69-71，79．

【4】陳立波,羅正龍,汪嵩,等.無人測(cè)量船水下測(cè)量系統(tǒng)及水下測(cè)量試驗(yàn)分析[J].海洋測(cè)繪,2016(10)

【5】金久才,張杰,馬毅,等.一種無人測(cè)量船水深測(cè)量系統(tǒng)及試驗(yàn)［J］.海洋測(cè)繪，2013，33(2):53-56．

【6】耿以才,黃立新,陳凌珊,等.無人測(cè)量船安全目標(biāo)追蹤與自動(dòng)避障算法[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2015,23(7):2467-2474.

【7】Rodriguez- Ortiz C D. Automated Bathmetry Mapping Using an Autonomous Surface Craft. [M]Massachusetts Institute of Technology,Msater paper,1996.