無人測量船在實際水深測量作業中的應用研究

□ 吳 然雷成彥 劉偉偉

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

0.引言

傳統的水深測量方式一般使用測深儀器安裝在載人船舶上，結合GNSS設備，得到坐標信息，但由于載人船舶吃水深，在淺灘區域會形成空白區，皮劃艇較為靈活，吃水淺，但對于作業人員而言，危險性大，傳統的水深測量方式已經難以滿足日益增長的測繪需求[1]。

隨著測繪理論的不斷完善，以及無人艦艇的發展，開始出現使用無人艦艇[2]作為平臺，搭載GNSS接收機和測深儀，利用RTK定位技術和測深技術，實現對水深的精確測量[3]，極大地縮短了作業周期，突破了傳統人工測量的局限[4]。本文以實際無人船應用項目為案例，通過對比傳統人工測量方式和無人測量船在實際水深測量作業中的采樣數量，作業耗時，人工成本等，探究無人測量船在水深測量方面的優勢。

1.無人測量船水下測量系統

無人測量船水下測量系統由無人測量船平臺、分體式測深儀、GNSS導航設備、無線通訊等組成[5]（如圖1所示）。

本項目使用華微3號無人測量船，其技術路線如下：

圖1 無人測量船作業

無人測量船以無人艦船作為平臺，主要作業環境為湖泊、水庫、港灣等水域，平臺搭載高精度測深儀，可以實時獲取水下高程，并通過GNSS接收機，配合導航設備和無線遙控技術，在提供平面位置信息的同時，控制無人測量船的航行[6]，岸上基站和電臺提供無線傳輸服務[7]。

系統功能：

（1）航行功能：操作分為手動和自動兩種模式，內置高靈敏度慣導，自動模式下，根據時間編輯好的任務指令在水上GNSS自主導航，嚴格按照規劃線路自動航行。2Km的手動遙控距離，UHF電臺，保證通訊正常。

（2）續航功能：超長續航能力，兩塊電池可以提供6h工作時長，三體船型，吃水淺，擾流小，有效提高測量作業效率。

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

（4）數據采集功能：GNSS導航設備為無人測量船的自動航行與測量提供位置信息，使用GNSS RTK提高位置信息的精度，通過在岸邊架設基站接收機的方式獲得信號，再由電臺發射給無人測量船上的接收機，使航行更為精準。

具體技術參數（如表1所示）。

表1 華微3號無人測量船技術參數

2.水深測量試驗

2.1 試驗方法

本次試驗區選取大慶某地區若干水泡子，總面積約11500m2。

人工測量具體施測方法如下：

（1）開始作業前，準備船只，檢查儀器設備完好性，檢查船只安全性，設置基站，GNSS接收器等設備參數，對試驗區進行觀察，確定船只航行路線。

（2）船只入水，測量人員登上船只，航行到指定地點，進行坐標位置的測量和水深數據的測量。

（3）測量完成后，登岸，搬運船只，進行下一個坑塘的測量。

（4）全部測量完成后，將數據導出，整理內業，編制繪圖。

無人測量船具體施測方法如下：

（1）開始作業前，首先設置無人測量船參數，對測深儀、筆記本等儀器設備進行檢查，保證設備完好性，架設基站。對試驗區進行觀察，初步確定無人測量船行進路線（鑒于試驗區坑塘形狀不規則，部分區域水草較茂密，本次試驗采取手動的航行方式）。

（2）無人測量船入水，操作人員站在視野開闊的地方，手動操作無人測量船航行，無人測量船每隔5m自動進行一次水深和坐標數據采樣。

（3）回收無人測量船，搬運至下一個試驗區，進行下一個坑塘的測量。

（4）全部測量完成后，將數據導出，整理內業，編制繪圖。

2.2 試驗結果

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

表2 實驗測試比對信息表

無人測量船測定四十四號泡1區水下地形示意圖（如圖2所示）。

圖2 四十四號泡1區水下地形示意圖

無人測量船測定四十四號泡2區水下地形示意圖（如圖3所示）。

圖3 四十四號泡2區水下地形示意圖

2.3 試驗分析

從試驗情況來看：無人測量船結構簡單，搬運方便，準備時間短，人工測量租用船只較為笨重，準備時間較長；無人測量船可以設置采樣間隔以獲取更為密集的數據量，而人工測量采樣間隔無法準確把握；無人測量船續航時間長，避免人員疲憊導致的效率下降；無人測量船采用自動導航，不受人為因素干擾，采樣數量豐富，作業時間短，單位時間內覆蓋的水域面積遠大于人工測量方式；特別是淺灘區域，人工測量只能采取人員涉水測量，而無人測量船由于吃水較淺，不受影響。

存在的問題：在水草茂密的復雜水域環境，無人測量船偶爾會被水草纏住，影響作業。

3.結束語

本次試驗采用無人測量船和人工測量兩種方式分別對坑塘水下高程進行測量，通過對比兩種測量方式的采樣數、作業時間、作業效率，表明無人測量船在水深測量方面具有高效率，低人工成本等特點。此外，無人測量船在提高效率的同時，還可以大幅降低作業人員涉水作業或登船作業的危險性，保障人員和設備安全，雖然在水草茂密或者風浪較大的復雜水域環境下，無人測量船會受到一定的干擾，總的來說，無人測量船做到了自動化、智能化、高效率、減少野外工作量，可以設想，在大范圍的水域，采用事先設定好的航線，使用自動續航方式，作業效率會有更大地提升，無人測量船也會得到更廣泛地應用。

參考文獻：

【1】呂維祥，等.淺談水下測量技術[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的網絡 RTK技術在水下測繪中的應用［J］.海洋測繪，2011，31(6):69-71，79．

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

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

【6】耿以才,黃立新,陳凌珊,等.無人測量船安全目標追蹤與自動避障算法[J].計算機測量與控制,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.