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摘要：传统的水深测量方式一般使用测深仪器安装在载人船舶上,结合GNSS设备,得到坐标信息,但由于载人船舶吃水深,在浅滩区域会形成空白区,皮划艇较为灵活,吃水浅,但对于作业人员而言,危险性大,传统的水深测量方式已经难以满足日益增长的测绘需求。随着测绘理论的不断完善,以及无人舰艇的发展,开始出现使用无人舰艇作为平台,搭载GNSS接收机和测深仪,利用RTK定位技术和测深技术,实现对水深的精确测量,极大地缩短了作业周期,突破了传统人工测量的局限。本文以实际无人船应用项目为案例,通过对比传统人工测量方式和无人测量船在实际水深测量作业中的采样数量,作业耗时,人工成本等,探究无人测量船在水深测量方面的优势。
关键词：无人测量船；水深测量作业；应用
1无人测量船水下测量系统
在智能无人测量船中,主要是由岸基础控制系统单元和探测船组成。1)探测船:探测船包括船体、推进器、船载主控系统、测量系统、基础电源以及无线传输系统等。2)岸基础控制系统单元:笔记本电脑、基础性通讯单元、基站。需要注意的是,连接岸基础控制系统单元和探测船的是最基本的通讯技术,并且借助控制软件就能实现数据的实施互动,岸基础控制系统单元能有效接收船体的具体运行参数以及水深数据,从而保证能对数据予以处理,相较于常规化的RTK工程测量技术,能实现电台模式或者是网络模式,确保整体管控效率的完整性和运行体系的系统化程度。
无人测量船水下测量系统由无人测量船平台、分体式测深仪、GNSS导航设备、无线通讯等组成。无人测量船以无人舰船作为平台,主要作业环境为湖泊、水库、港湾等水域,平台搭载高精度测深仪,可以实时获取水下高程,并通过GNSS接收机,配合导航设备和无线遥控技术,在提供平面位置信息的同时,控制无人测量船的航行,岸上基站和电台提供无线传输服务。系统功能:(1)航行功能:操作分为手动和自动两种模式,内置高灵敏度惯导,自动模式下,根据时间编辑好的任务指令在水上GNSS自主导航,严格按照规划线路自动航行。2Km的手动遥控距离,UHF电台,保证通讯正常。(2)续航功能:超长续航能力,两块电池可以提供6h工作时长,三体船型,吃水浅,扰流小,有效提高测量作业效率。(3)测深功能:分体式测深仪,软硬件分离,有效避免了因设置测深仪而导致的设备频繁出入水。(4)数据采集功能:GNSS导航设备为无人测量船的自动航行与测量提供位置信息,使用GNSSRTK提高位置信息的精度,通过在岸边架设基站接收机的方式获得信号,再由电台发射给无人测量船上的接收机,使航行更为精准。
2水深测量试验
2.1试验方法
本次试验区选取广东某湖泊水域,总面积约11500m2。人工测量具体施测方法如下:(1)开始作业前,准备船只,检查仪器设备完好性,检查船只安全性,设置基站,GNSS接收器等设备参数,对试验区进行观察,确定船只航行路线。(2)船只入水,测量人员登上船只,航行到指定地点,进行坐标位置的测量和水深数据的测量。(3)测量完成后,登岸,搬运船只,进行下一个坑塘的测量。(4)全部测量完成后,将数据导出,整理内业,编制绘图。无人测量船具体施测方法如下:(1)开始作业前,首先设置无人测量船参数,对测深仪、笔记本等仪器设备进行检查,保证设备完好性,架设基站。对试验区进行观察,初步确定无人测量船行进路线(鉴于试验区坑塘形状不规则,部分区域水草较茂密,本次试验采取手动的航行方式)。(2)无人测量船入水,操作人员站在视野开阔的地方,手动操作无人测量船航行,无人测量船每隔5m自动进行一次水深和坐标数据采样。(3)回收无人测量船,搬运至下一个试验区,进行下一个坑塘的测量。(4)全部测量完成后,将数据导出,整理内业,编制绘图。
2.2试验结果
作者通过测量时间效率,测量面积、人员投入等方面就人工方式与无人测量船施测方式进行比对。
2.3试验分析
从试验情况来看:无人测量船结构简单,搬运方便,准备时间短,人工测量租用船只较为笨重,准备时间较长;无人测量船可以设置采样间隔以获取更为密集的数据量,而人工测量采样间隔无法准确把握;无人测量船续航时间长,避免人员疲惫导致的效率下降;无人测量船采用自动导航,不受人为因素干扰,采样数量丰富,作业时间短,单位时间内覆盖的水域面积远大于人工测量方式;特别是浅滩区域,人工测量只能采取人员涉水测量,而无人测量船由于吃水较浅,不受影响。存在的问题:在水草茂密的复杂水域环境,无人测量船偶尔会被水草缠住,影响作业。
3无人测量船存在的问题及注意事项
通过无人测量船的实际应用与总结长期从事航道测量的一些经验。无人测量船给航道测量带来高效、便捷、安全性及经济,同时也发现无人测量船距离大范围、较少限制的应用还存在一些还待解决的问题。
无人测量船由于其吃水浅、较灵活、自动化程度较高等特点使得其在某些方面存在较大优势。如在浅滩河段使用人工船时,船体大、吃水深,无法很靠近岸边和浅滩区域;河提崩塌区域比较危险地段人员靠近较为危险;或者跨区域作业测量船艇调度等测量环境中,使用无人船测量具有较大优势。
通过本次测试,也发现无人测量船存在以下几点函待完善:
3.1船体较轻,易受江浪影响
本次测试长江自然河段,水流较急,无人测量船在主流虽然能按照计划线航行,但是抵抗急流对船体的影响较弱,船艏上翘,难免会对测量水深产生影响。由于无人测量船体重较轻,过往行船产生的涌浪、水流回旋水及泡水对无人测量船的测量姿态产生影响。
3.2主动防碰撞系统还待完善
本次试验中发现,无人测量船主动防碰撞技术并不完善,上下游来往行船还需要人员进行观望。
3.3数据智能识别能力需增强
虽然无人测量船船体产生的干扰较少,且测深仪能自动调节。但水中的气泡、杂物及较大,悬浮物等影响使测量数据存在与常规有人驾驶船测量一样存在较多噪点,数据难反映出真实的水底地形,还需要后期人工干预原始数据处理。
3.4动力系统还待增强
试验中水流速度为2~3m/s,无人测量船行驶时速度较有人驾驶船体速度明显偏低。尤其在有流水区域,这将影响测量效率。
结论
本次试验采用无人测量船和人工测量两种方式分别对坑塘水下高程进行测量,通过对比两种测量方式的采样数、作业时间、作业效率,表明无人测量船在水深测量方面具有高效率,低人工成本等特点。此外,无人测量船在提高效率的同时,还可以大幅降低作业人员涉水作业或登船作业的危险性,保障人员和设备安全,虽然在水草茂密或者风浪较大的复杂水域环境下,无人测量船会受到一定的干扰,总的来说,无人测量船做到了自动化、智能化、高效率、减少野外工作量,可以设想,在大范围的水域,采用事先设定好的航线,使用自动续航方式,作业效率会有更大地提升,无人测量船也会得到更广泛地应用。
参考文献
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