摘要：无人测量船系统可以完美解决浅水测量、内河航道、水库、码头、海湾、近海等水域测量难题，可用于航道清淤、安全搜救、应急测绘等领域，它具有自主航行和手动遥控相互切换、自动避障功能、可搭载多种测绘、水文仪器及传感器，能在浅滩和危险水域作业，确保船只和人员的安全等优点。本文首先对无人测量船作业原理和流程进行了简单的介绍，结合应用实例，进一步论述了利用无人船测量水下地形的作业过程和方法，同时对精度误差也进行了分析。
关键词：无人船；水下地形测量；应用
引言
传统的水下地形测量作业方法一般是使用单波束测深仪安装在载人船上，配合GNSS定位产品，得到对应点的水下三维坐标。 载人船只通常较大，吃水较深，无法靠近岸边和浅滩区域，这样测量水下地形就会形成空白区域，使用皮划艇虽然吃水较浅，灵活方便，但比较危险，特别是在水流比较急的区域，在有些水域，无法找到合适的测量船只，使得测量水下地形受到了很大的限制。 无人测量船系统可以完美解决浅水测量、内河航道、水库、码头、海湾、近海等水域测量难题，也可应用于航道清淤、安全搜救、应急测绘等领域，它具有自主航行和手动遥控相互切换、自动避障功能、可搭载多种测绘、水文仪器及传感器，能在浅滩和危险水域作业，确保船只和人员的安全等优点。
1.无人船相关阐述
无人测量船通常情况下，载人船大都比较大，吃水比较深，无法顺利靠近岸边以及浅滩区域，测量之后的水下地形极易出现空白区域。和载人船相比，皮划艇吃水比较浅，灵活度较高，但危险程度也比较高，尤其是水流较急的位置，导致这些地区开展的水下地形工作无法顺利进行。无人测量船优势较多，自动化航行与避障，可以在危险水域作业等，有效解决载人船以及皮划艇存在的漏洞问题，包括多个水域地形测量问题，比如浅水测量、水库、海湾，还可以作用到航道清淤、应急测绘等多个领域。遥控无人测量船子系统、岸基控制子系统是无人测量船的重要组成要素，前者由多个子系统组成，比如力系统、船上控制系统、陀螺仪、CCD摄像头。其中的岸基控制子系统由交互式界面组成，无线传输相关协议的基础上，对遥测船体传输的信息数据进行接收、处理等，自动控制测量船运行或者手动地走线测量，包括船只自动回航，科学处理采集到的信息数据并合理绘制图件。
无人测量船具有船体小巧，携带方便，灵活性强和隐蔽性高，耐波性好，阻力小、速度快，航行稳等优点，可搭载先进的导航控制系、可靠通信系统、高精度传感器系统和武器系统等不同功能模块，采用可拆卸模块化涵道式推进器设计，在防渔网、水草等杂物缠绕的优异性能之上，增添了维护方便，灵活更换的使用特性。螺旋桨采用直流无刷电机驱动，速度快，可靠性高。可搭载深测仪、ADCP、侧扫声呐等多种传感器，广泛使用于内河航道、水库、湖泊等区域的水下地形地貌以及水文测量。
2.无人船在水下地形测量中的应用
2.1工程概况
以某地区河道为例，测量人员利用无人测量船测量了河道清污前后水下地形情况，并根据具体规定，准确计算出清污方量。该河道测量水下地形面积大约4.85km2，坐标系统为该市独立坐标系，Cass 9.1地形地籍成图软件等被应用其中。作用其中的无人测量船有着较强的抗风浪性能，航行比较平稳，航行速度每秒可达到4m，吃水为40cm，适合浅水测量，搭载重量为18kg。
2.2 施测方法
本次作业为我院首次采用无人测量船技术，设施为南方测绘公司生产的方洲号无人型测量船，船体采用三体船型设计，抗风浪比较强，航行平稳，最快航行速度可达 4m/s。 船体材料采用含碳纤维、凯夫拉防弹布高强度玻璃钢材质，具有耐腐蚀、船体轻、耐碰撞特点。 船体吃水仅 40cm，是浅水测量的极佳工具。虽然船体比较小，比较轻，但搭载的重量可达 18kg。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 系统采用机器人智能控制技术，在测量过程中可按事先设定的航线自动走线及自动换线测量，具体测量方法及步骤如下：
（1）水下地形测量在 6级以下风力的天气进行，采用断面法施测，先在测深仪随机导航软件下，预先按技术要求做好断面计划线，计划线根据河段或湖面情况布置成与水流方向大致成垂直的方向，断面间距为20m左右。
（2）测量船在线测量时，应尽量保持直线、匀速航行，变换测线时，应做到缓慢转弯，转向或变速时，及时定位，航向变化需小于 5°/m，实际航线和计划测线的偏距应小于测线间距的 25%；作业过程中测船前后左右摆动不宜过大，当浪高超过 0.6m时或因风浪引起的测深仪记录上回声线波形起伏值较大时需暂停作业，在遇到其他特殊情况停止作业。
（3）开始作业前，首先校对好定位设备的时间，启动测量软件，设置好坐标系统和投影参数、并进行遥控和采集偏航及走线设置，测线间距编辑为图上 10cm，把计算机的端口与测深仪相连进行通讯连接，连接GNSS准备就绪后开始测量，开启无人船的自动巡航模式使船进入需要测量的水域，进行测点定位和测深，作业过程中可根据软件的实时信息显示功能显示轨迹图和地形图，使无人船始终沿着主测线方向航行，按同样的方法施测其他测线。
（4）在作业过程中，有可能漏测水下地形最深点和最浅点等特征点，因为是操作软件按事先设定好的测点间距进行测点定位和测深的，因此在整理内业时，根据测深仪测深记录上的模拟记录信号，在原始记录的每秒数据中提取特征点的水深和三维坐标数据。
2.3数据处理与绘图
外业测量数据经过编辑、校正后，用专业测量软件进行数据计算、水位改正。 测绘的资料按日期分类别编排，所有的电子原始文件均打印备份，对所有的外业手薄进行整理和检校。采用南方Cass软件，绘制水下地形图，等深线间距 0.5m。地形图按标准分幅，大小为50cm×50cm，共计图幅124幅。 所有地形地物符号均按《水运工程测量规范》及《1：500,1：1000,1：2000 地形图图式》中的相关规定进行绘制，技术报告则采用 office编辑完成。 为分成设色的部分水下地形图（单波速数据）。
2.4检查线布置和精度检查
检查线基本垂直于主测深线，本次作业要求对于重要工程地段或水上构筑物位置布置检查线进行实测检查，其长度大于主测深线总长度的5%，检查线与主测深线相交处图上 1mm 范围内水深点，其高程最大差值为0.2m，同时取样100点统计测深点的高程中误差。
本次外业测量严格按《水运工程测量规范》执行，所有特殊地物及河上设施均按要求测绘；内外业资料及各项检查资料齐全，校审工作认真负责，电脑成图图纸美观，各项技术指标符合《水运工程测量规范》 要求，成果可靠，可提供委托方使用。
结语
通过以上实例验证，无人测量船在精度上已完全达到《水运工程测量规范》 的相关要求，本系统最大的优势在于可以在浅滩、危险、近岸等水域作，一定程度上填补了载人船在水下测量领域的空白区域，真正做到自动化、高精度、高效益的单人（或双人）工作模式，大大减少野外测绘工作量，提高了工作效率和质量。 因此，无人测量船必将会得到更广泛的应用，具有良好的市场前景和卓越的发展趋势。
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论文作者:胡琳琳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
标签：测量论文; 水下论文; 地形论文; 作业论文; 水域论文; 船体论文; 吃水论文; 《基层建设》2019年第29期论文;