無人船在河道水下地形測量中的應(yīng)用探析

王哲

摘? 要：隨著科技水平的全面發(fā)展，無人機、無人船等高科技產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于測繪的各個領(lǐng)域。而響應(yīng)行業(yè)的發(fā)展需求，智能無人測量船代替人工完成在淺水區(qū)河道水下地形的測量工作，提高測量精準(zhǔn)度并減少人員涉水風(fēng)險，使測量技術(shù)又提高一個維度。該文通過敘述智能無人測量船的功能優(yōu)勢，很好地詮釋了它在河道水下地形測量應(yīng)用中的價值，同時對優(yōu)化應(yīng)用效果提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：智能無人測量船? 水下地形? 河道測量

中圖分類號：P715 ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（c）-0050-02

為了能夠更加快速及時地清理疏通河道、水庫中的淤泥和垃圾，人們在最近幾年中開始重視水下地形測量的相關(guān)工作，而利用最新研發(fā)的智能無人測量船對水下地形進行測量，所得結(jié)果更為真實準(zhǔn)確，為完成整個項目打下良好的基礎(chǔ)。

1? 智能無人測量船的主要功能

在進行水上測繪工作時，由于受人員涉水風(fēng)險的影響測量進度總是一再放緩，面對這一問題無人船水下測量系統(tǒng)給出了最佳的解決方案，同時還擴大了水上測量的作業(yè)范圍，創(chuàng)造出自動化無人駕駛水上測繪新技能。此外，想要將這些逐一實現(xiàn)，除了具備普通的航行設(shè)備外，無人船還要同時具備智能避障、實時通信和自主導(dǎo)航三大重要設(shè)備，而且必須做到自動采集數(shù)據(jù)和平穩(wěn)持久地航行等。最終將各系統(tǒng)間的功能進行有效整合，進而實現(xiàn)水上自動化測繪。作為一種高級的水上可移動測量設(shè)備，無人船主要分為探測船和岸基礎(chǔ)控制系統(tǒng)單元兩個部分。

第一，探測船。探測船包括船體、推進器、船載主控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、基礎(chǔ)電源以及無線傳輸系統(tǒng)等。

第二，岸基礎(chǔ)控制系統(tǒng)單元。其主要包含筆記本電腦、基礎(chǔ)性通信單元和基站。

此處需要特別關(guān)注的是，作為一項基礎(chǔ)通訊技術(shù)，連接探測船與岸基礎(chǔ)控制系統(tǒng)單元并利用控制軟件完成數(shù)據(jù)實時互動，岸基礎(chǔ)控制系統(tǒng)單元能夠隨時接收有效的船體運行參數(shù)以及水深數(shù)據(jù)，同時確保能夠?qū)?shù)據(jù)及時做出處理，與普通的RTK工程測量技術(shù)相比較，既能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對接模式，又能確保整體管控效率的完整性和運行體系的系統(tǒng)化程度[1]。

2? 智能無人測量船在河道水下地形測量中的應(yīng)用

該文將以對某地區(qū)的河道水下地形測量為例，就采用無人船測量技術(shù)。本身是集成化的三體船型，船體總長度約有1.8m，寬度則為1.1m，吃水程度可達0.2m，可操作遙控的距離達道2km以上，基礎(chǔ)航行速度為2m/h。船的整體續(xù)航時間共計6h， 續(xù)航里程則為30km。如果行駛于正常的海上環(huán)境中，船體運行能夠保持平穩(wěn)的狀態(tài)，至少能夠阻擋五級海風(fēng)和三級海浪。制作該船體的原材料主要為高強度玻璃鋼，其優(yōu)勢在于耐碰撞且自身體重較輕。在設(shè)計船體系統(tǒng)時主要采用了測深系統(tǒng)、側(cè)掃聲吶系統(tǒng)和CCD相機，同時采用機器人智能化控制系統(tǒng)，確保在系統(tǒng)智能化控制條件下有效判定信號，使預(yù)估位置更加準(zhǔn)確，達到安全管理的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

在該地區(qū)的河道水下地形測量項目中應(yīng)用智能無人測量船，能過全面測定地下深度0.15～300m之間的復(fù)雜地形體系，在不受環(huán)境影響的情況下還能滿足測量的其他各方面要求。

首先，涉及測量的相關(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)工程項目的實際要求和運行體系，建立實地勘探和遙感影像參數(shù)體系，而且要集中設(shè)計相應(yīng)的斷面，根據(jù)測量所得數(shù)據(jù)來進一步鎖定斷面的基礎(chǔ)性間距。而且，還要在各大拐彎處設(shè)置相應(yīng)的斷面結(jié)構(gòu)，其間距要控制在大約50m的范圍內(nèi)，必須按照所制定的標(biāo)準(zhǔn)來嚴(yán)格判斷斷面的實際參數(shù)和數(shù)量。

其次，根據(jù)此處水域的實際情況進行系統(tǒng)化融合并展開深度處理，在實際水域測量工作中往往會受到各種因素的影響。所以，自動航線測量一旦不能準(zhǔn)時啟動，就必須臨時改用手動遙控模式對具體數(shù)據(jù)進行測定。同時，建立無人船與基站操作人員的數(shù)據(jù)共享平臺，并確保數(shù)據(jù)傳送順暢，也可充分利用對講機功能進行內(nèi)容確認(rèn)和溝通交流。

再次，安排專業(yè)的檢測人員控制好岸基系統(tǒng)的基站位置，輔助無人船順利完成一系列測量流程并且達到預(yù)期效果，確?？刂茊卧跓o障礙條件下與無人船完成數(shù)據(jù)交流，最好能將基站管理位置建立在中心位置，可隨時查看無人船的操控者與基站操作員在傳遞信息時是否確保其完整性和及時性，最終判定其實際位置?？傮w來說，當(dāng)采用無人船測量河道水下地形時，所有的操作人員都要時刻關(guān)注具體元件所面對的實際問題。

最后，根據(jù)斷面的測量數(shù)據(jù)，一定要確保每條斷面均經(jīng)由無人船反復(fù)巡視，進一步確保所得水深數(shù)據(jù)采集的真實性和有效性，最后集中管控斷面高程點的采集方案[3]。

3? 優(yōu)化智能無人測量船應(yīng)用效果的建議

在相關(guān)測量工作中若想真正提高無人船的運行效率，必須建立全面的系統(tǒng)化運用機制和運行管理約束機制，進一步整合相關(guān)技術(shù)的完整性，把每一個相關(guān)元件的使用價值都發(fā)揮到極致。

首先，在使用無人船對河道水下地形測量的過程中，要全方位改良技術(shù)體系并提高運行效率，其中最重要的當(dāng)屬智能化避障功能，當(dāng)面對惡劣環(huán)境仍保持高效率作業(yè)狀態(tài)，提高整體項目的運行速度，展示出技術(shù)體系的最高使用價值。此處需要特別關(guān)注的是，在實際測量工作中，無人船的操控者往往會受自身視線感官的影響，無法準(zhǔn)確判定障礙物所在的實際距離，成為操作過程中的一大安全隱患。那么，針對此安全隱患探測元件的作用得以發(fā)揮，有效避免了船體與巖壁的相互碰撞，降低無人船受損程度，提高測量精準(zhǔn)度。

其次，同樣受其關(guān)注的還有岸基系統(tǒng)，需要確保岸基系統(tǒng)控制單元與無人船兩者間信息模塊的完整性和有效性，對于流程的管理需達到統(tǒng)一的測評標(biāo)準(zhǔn)，在傳遞河道斷面數(shù)據(jù)過程中必須確保其實時性，同時要合理利用通訊模塊把具體數(shù)據(jù)快速傳送給數(shù)據(jù)控制中心，假如在傳輸過程中發(fā)現(xiàn)問題要及時記錄在冊，確保以最佳狀態(tài)完成整個技術(shù)運行。

最后，如果需要用到手動模式，需將視頻傳輸模塊的完整性作為重點考察對象，當(dāng)面臨不確定因素時可結(jié)合安裝的攝像頭所記錄的內(nèi)容來完善數(shù)據(jù)采集和分析，它能使用超聲波做自動避障處理，能夠快速計算障礙物與船體之間的實際距離，避免相互碰撞帶來的不必要損失。

4? 結(jié)語

隨著眾多高科技產(chǎn)品的涌入，未來的航道維護領(lǐng)域?qū)⒚媾R重大改革。智能的自動化設(shè)備代替人工完成河段航道維護工作，那么也就意味著留下來所從事這份工作的人必須熟練掌握各種測量儀器設(shè)備的操作方式，只要將設(shè)備放在無人船山，僅需少量人甚至一個人就能完成多項測量工作，因此工作效率也就此提升?？偠灾?，在智能無人測量船的應(yīng)用過程中，參與相關(guān)測量的工作人員必須先從管理系統(tǒng)開始，在整合管控效果的同時還需保證無人船應(yīng)用的完整性和有效性，為今后實施監(jiān)控管理機制打下良好的基礎(chǔ)。充分發(fā)揮智能無人測量船的自動化、可擴展等高效率優(yōu)勢，輔助河道水下地形測量工作，提高其作業(yè)水平，將船舶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展推向另一個高度。

參考文獻

[1] 高艷.無人船在水下地形測量中的應(yīng)用與探討[J].城市勘測，2019（4）：173-175，179.

[2] 陳立波，羅正龍，汪嵩.無人船水下測量系統(tǒng)及水下測量實驗分析[J].城市勘測，2016（5）：151-154.

[3] 耿以才，黃立新，陳凌珊，等.無人船安全目標(biāo)追蹤與自動避障算法[J].計算機測量與控制，2015（7）：2467-2469，2474.