无人船在河道水下地形测量中的应用探析
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作者:王哲
摘 要：随着科技水平的全面发展，无人机、无人船等高科技产品被广泛应用于测绘的各个领域。而响应行业的发展需求，智能无人测量船代替人工完成在浅水区河道水下地形的测量工作，提高测量精准度并减少人员涉水风险，使测量技术又提高一个维度。该文通过叙述智能无人测量船的功能优势，很好地诠释了它在河道水下地形测量应用中的价值，同时对优化应用效果提出了几点建议。
关键词：智能无人测量船 水下地形 河道测量
中图分类号：P715 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（c）-0050-02
为了能够更加快速及时地清理疏通河道、水库中的淤泥和垃圾，人们在最近几年中开始重视水下地形测量的相关工作，而利用最新研发的智能无人测量船对水下地形进行测量，所得结果更为真实准确，为完成整个项目打下良好的基础。
1 智能无人测量船的主要功能
在进行水上测绘工作时，由于受人员涉水风险的影响测量进度总是一再放缓，面对这一问题无人船水下测量系统给出了最佳的解决方案，同时还扩大了水上测量的作业范围，创造出自动化无人驾驶水上测绘新技能。此外，想要将这些逐一实现，除了具备普通的航行设备外，无人船还要同时具备智能避障、实时通信和自主导航三大重要设备，而且必须做到自动采集数据和平稳持久地航行等。最终将各系统间的功能进行有效整合，进而实现水上自动化测绘。作为一种高级的水上可移动测量设备，无人船主要分为探测船和岸基础控制系统单元两个部分。
第一，探测船。探测船包括船體、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。
第二，岸基础控制系统单元。其主要包含笔记本电脑、基础性通信单元和基站。
此处需要特别关注的是，作为一项基础通讯技术，连接探测船与岸基础控制系统单元并利用控制软件完成数据实时互动，岸基础控制系统单元能够随时接收有效的船体运行参数以及水深数据，同时确保能够对数据及时做出处理，与普通的RTK工程测量技术相比较，既能实现网络对接模式，又能确保整体管控效率的完整性和运行体系的系统化程度[1]。
2 智能无人测量船在河道水下地形测量中的应用
该文将以对某地区的河道水下地形测量为例，就采用无人船测量技术。本身是集成化的三体船型，船体总长度约有1.8m，宽度则为1.1m，吃水程度可达0.2m，可操作遥控的距离达道2km以上，基础航行速度为2m/h。船的整体续航时间共计6h， 续航里程则为30km。如果行驶于正常的海上环境中，船体运行能够保持平稳的状态，至少能够阻挡五级海风和三级海浪。制作该船体的原材料主要为高强度玻璃钢，其优势在于耐碰撞且自身体重较轻。在设计船体系统时主要采用了测深系统、侧扫声呐系统和CCD相机，同时采用机器人智能化控制系统，确保在系统智能化控制条件下有效判定信号，使预估位置更加准确，达到安全管理的标准[2]。
在该地区的河道水下地形测量项目中应用智能无人测量船，能过全面测定地下深度0.15～300m之间的复杂地形体系，在不受环境影响的情况下还能满足测量的其他各方面要求。
首先，涉及测量的相关工作人员应根据工程项目的实际要求和运行体系，建立实地勘探和遥感影像参数体系，而且要集中设计相应的断面，根据测量所得数据来进一步锁定断面的基础性间距。而且，还要在各大拐弯处设置相应的断面结构，其间距要控制在大约50m的范围内，必须按照所制定的标准来严格判断断面的实际参数和数量。
其次，根据此处水域的实际情况进行系统化融合并展开深度处理，在实际水域测量工作中往往会受到各种因素的影响。所以，自动航线测量一旦不能准时启动，就必须临时改用手动遥控模式对具体数据进行测定。同时，建立无人船与基站操作人员的数据共享平台，并确保数据传送顺畅，也可充分利用对讲机功能进行内容确认和沟通交流。
再次，安排专业的检测人员控制好岸基系统的基站位置，辅助无人船顺利完成一系列测量流程并且达到预期效果，确保控制单元在无障碍条件下与无人船完成数据交流，最好能将基站管理位置建立在中心位置，可随时查看无人船的操控者与基站操作员在传递信息时是否确保其完整性和及时性，最终判定其实际位置。总体来说，当采用无人船测量河道水下地形时，所有的操作人员都要时刻关注具体元件所面对的实际问题。
最后，根据断面的测量数据，一定要确保每条断面均经由无人船反复巡视，进一步确保所得水深数据采集的真实性和有效性，最后集中管控断面高程点的采集方案[3]。
3 优化智能无人测量船应用效果的建议
在相关测量工作中若想真正提高无人船的运行效率，必须建立全面的系统化运用机制和运行管理约束机制，进一步整合相关技术的完整性，把每一个相关元件的使用价值都发挥到极致。
首先，在使用无人船对河道水下地形测量的过程中，要全方位改良技术体系并提高运行效率，其中最重要的当属智能化避障功能，当面对恶劣环境仍保持高效率作业状态，提高整体项目的运行速度，展示出技术体系的最高使用价值。此处需要特别关注的是，在实际测量工作中，无人船的操控者往往会受自身视线感官的影响，无法准确判定障碍物所在的实际距离，成为操作过程中的一大安全隐患。那么，针对此安全隐患探测元件的作用得以发挥，有效避免了船体与岩壁的相互碰撞，降低无人船受损程度，提高测量精准度。
其次，同样受其关注的还有岸基系统，需要确保岸基系统控制单元与无人船两者间信息模块的完整性和有效性，对于流程的管理需达到统一的测评标准，在传递河道断面数据过程中必须确保其实时性，同时要合理利用通讯模块把具体数据快速传送给数据控制中心，假如在传输过程中发现问题要及时记录在册，确保以最佳状态完成整个技术运行。
最后，如果需要用到手动模式，需将视频传输模块的完整性作为重点考察对象，当面临不确定因素时可结合安装的摄像头所记录的内容来完善数据采集和分析，它能使用超声波做自动避障处理，能够快速计算障碍物与船体之间的实际距离，避免相互碰撞带来的不必要损失。
4 结语
随着众多高科技产品的涌入，未来的航道维护领域将面临重大改革。智能的自动化设备代替人工完成河段航道维护工作，那么也就意味着留下来所从事这份工作的人必须熟练掌握各种测量仪器设备的操作方式，只要将设备放在无人船山，仅需少量人甚至一个人就能完成多项测量工作，因此工作效率也就此提升。总而言之，在智能无人测量船的应用过程中，参与相关测量的工作人员必须先从管理系统开始，在整合管控效果的同时还需保证无人船应用的完整性和有效性，为今后实施监控管理机制打下良好的基础。充分发挥智能无人测量船的自动化、可扩展等高效率优势，辅助河道水下地形测量工作，提高其作业水平，将船舶产业的可持续发展推向另一个高度。
参考文献
[1] 高艳.无人船在水下地形测量中的应用与探讨[J].城市勘测，2019（4）：173-175，179.
[2] 陈立波，罗正龙，汪嵩.无人船水下测量系统及水下测量实验分析[J].城市勘测，2016（5）：151-154.
[3] 耿以才，黄立新，陈凌珊，等.无人船安全目标追踪与自动避障算法[J].计算机测量与控制，2015（7）：2467-2469，2474.
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