趙暉

（黑龍江省地質(zhì)測(cè)繪地理信息院，黑龍江 哈爾濱150030）

伴隨國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展，我國(guó)提出了越來(lái)越高的需求，針對(duì)水域類測(cè)繪地理信息產(chǎn)業(yè)，國(guó)家目前需要解決的問題包括如下幾個(gè)方面：其一，海島（礁）測(cè)繪工程建設(shè)任務(wù)需要及時(shí)完成；其二，我國(guó)近海海域海底地形及灘涂測(cè)繪調(diào)查相關(guān)工作需要積極開展；其三，我國(guó)陸地水下地形測(cè)繪與監(jiān)測(cè)工作需要深入開展，提高水下測(cè)量的精度；其四，通過(guò)采取措施，使水下地形測(cè)量實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、自動(dòng)化等。

相對(duì)傳統(tǒng)測(cè)繪領(lǐng)域水下地形測(cè)量來(lái)說(shuō)，往往需要有充足的人力資源和物力資源，而水下測(cè)量使用的設(shè)備繁雜而笨重，導(dǎo)致測(cè)量人員不方便攜帶，甚至測(cè)量水域缺乏船只，嚴(yán)重影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度。自遙控測(cè)量船出現(xiàn)后，極大地提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度。如今，各大企業(yè)加大力度研制遙控測(cè)量船，無(wú)人測(cè)量船具有顯著的節(jié)省人力優(yōu)勢(shì)。目前，遙控測(cè)量船被廣泛使用在水域調(diào)查、航道測(cè)量、水域水下測(cè)量等領(lǐng)域當(dāng)中。

1 無(wú)人船測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)

無(wú)人船測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)比較多，無(wú)人船在水面上航行可分遙控和自主模式。通過(guò)使用無(wú)人船，作業(yè)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化、智能化，極大地減輕了人的任務(wù)量，同時(shí)作業(yè)完成更加高，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)模塊化。無(wú)人船測(cè)量的優(yōu)勢(shì)包括如下幾個(gè)方面：

1.1 區(qū)域測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)

目前一些區(qū)域的測(cè)量比較困難，例如小面積水域、陡岸、坎下的水下地形，以及大區(qū)域等。在測(cè)量小面積水域、陡岸、坎下的水下地形的時(shí)候，不僅需要配備大量設(shè)備，還需要人員去操作計(jì)算機(jī)，這就需要確保人員和設(shè)備的安全在測(cè)量的過(guò)程中，所以又配備載重較大的船來(lái)確保其安全，但是載重較大的船不方便接近區(qū)域。當(dāng)測(cè)量大面積水域的時(shí)候，需要耗費(fèi)大量時(shí)間去作業(yè)，且作業(yè)不高效。自從出現(xiàn)了無(wú)人船，這些問題得以解決。在測(cè)量陡岸區(qū)域的時(shí)候，相較于大船，無(wú)人船更容易靠近岸邊運(yùn)行，同時(shí)提供更加準(zhǔn)確的水下地形圖為拋石等施工設(shè)計(jì)；在測(cè)量激流險(xiǎn)灘的時(shí)候，僅僅憑借無(wú)人船就可以順利完成測(cè)量。

1.2 攜帶運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)

無(wú)人船與普通的船只不同，無(wú)人船不僅小，使用起來(lái)非常靈活，質(zhì)量也不重，便于攜帶。人們?cè)谕獬隹睖y(cè)的時(shí)候往往把一些儀器帶在自己身邊，若使用無(wú)人船就可以把其放在后備箱即可。

1.3 智能避障

不論是普通船只還是無(wú)人船在水域作業(yè)的過(guò)程中會(huì)碰到大船、島礁、岸坡等不容易預(yù)測(cè)的環(huán)境。但是無(wú)人船功能很多，其中有一種功能，即智能避障，則這些障礙物能被及時(shí)繞開，使船只行駛更加安全。

1.4 強(qiáng)大的軟件功能

無(wú)人船除了具有智能避障之外，它還有很多功能，諸如：自動(dòng)粗差檢測(cè)、水深自動(dòng)修改、抽稀、采樣、斷面自動(dòng)處理、電子羅盤自動(dòng)標(biāo)定和校正、船載自動(dòng)導(dǎo)航等，基于以上功能，測(cè)量將越來(lái)越智能化。

2 無(wú)人船測(cè)量原理和應(yīng)用

2.1 無(wú)人船測(cè)量原理

無(wú)人船測(cè)量系統(tǒng)包括以下部分，即GNSS 接收機(jī)、單波速測(cè)深儀、高清攝像頭、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備及每一種測(cè)量傳感器，所以無(wú)人船具有多種功能，比如，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、自動(dòng)測(cè)量與返航等。無(wú)人船作業(yè)流程為：首先，在岸上設(shè)置基站架，然后，憑借導(dǎo)航軟件來(lái)建立相關(guān)項(xiàng)目，同時(shí)對(duì)已知點(diǎn)進(jìn)行校正，接著，在導(dǎo)航軟件中輸入已經(jīng)校正的參數(shù)。對(duì)于作業(yè)人員來(lái)說(shuō)，為了確定測(cè)區(qū)，以及布設(shè)測(cè)線需要借助遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行各類航道測(cè)量工作的時(shí)候，人們可以把多波束測(cè)深儀、ADCP、陀螺儀等航道測(cè)量?jī)x器設(shè)備搭載到無(wú)人船上，確保無(wú)人船更加高效地完成任務(wù)，其測(cè)量模式如圖。

無(wú)人船測(cè)量模式

2.2 無(wú)人船在水下測(cè)量應(yīng)用

在水下地形測(cè)量之前，需要測(cè)量人員先把一系列方面的準(zhǔn)備工作做好：設(shè)備定位時(shí)間要進(jìn)行校對(duì)；水下地形測(cè)量軟件開啟、坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置要合理等，這樣做的目的是為了減少無(wú)人船反復(fù)測(cè)量的次數(shù)在測(cè)量過(guò)程中。當(dāng)連接好GNSS 設(shè)備的同時(shí)開啟自動(dòng)巡航模式，無(wú)人船就可以進(jìn)入需要測(cè)量的水域進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量水下地形的過(guò)程中，無(wú)人船可借助測(cè)量人員設(shè)定好的航線來(lái)操作，利用機(jī)器人智能控制技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化（轉(zhuǎn)下頁(yè)）走線或者換線測(cè)量水下地形。在使用無(wú)人船測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員往往采取斷面法對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)量。這就給測(cè)量人員提出要求，即測(cè)量人員科學(xué)設(shè)置斷面的計(jì)劃線根據(jù)河道河段情況同時(shí)使用一些導(dǎo)航軟件。無(wú)人船需要進(jìn)行在線測(cè)量，在這個(gè)過(guò)程中，測(cè)量船要保持勻速直線運(yùn)行。但是河道水下地形最淺點(diǎn)等漏測(cè)問題會(huì)出現(xiàn)于在線測(cè)量過(guò)程中，為了避免這樣的問題困擾無(wú)人船的測(cè)量，需要測(cè)量人員對(duì)內(nèi)業(yè)整理環(huán)節(jié)給予高度重視，尤其測(cè)深儀探測(cè)記錄的相關(guān)信號(hào)要準(zhǔn)確把握，使特征點(diǎn)水深以及對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)更加確定。

3 無(wú)人船測(cè)量存在的問題及展望

3.1 存在的問題

自從使用無(wú)人測(cè)量船以來(lái)，提高了航道測(cè)量的速度、效率，節(jié)省了大量人力物力，確保人員的安全。目前，無(wú)人測(cè)量船被積極使用在多個(gè)領(lǐng)域，但是在使用過(guò)程中，也存在一些問題，這就需要研究者積極研究及時(shí)解決問題：其一，抗流水能力較弱。無(wú)人測(cè)量船比較小、比較輕，因此當(dāng)無(wú)人船運(yùn)行的時(shí)候往往會(huì)產(chǎn)生一些涌浪、水流回旋水、泡水等，嚴(yán)重影響無(wú)人測(cè)量船的測(cè)量姿態(tài)。無(wú)人測(cè)量船在運(yùn)行過(guò)程中能夠依據(jù)計(jì)劃線來(lái)進(jìn)行，但是無(wú)人船不能及時(shí)有效地抵抗急流對(duì)船體的影響，導(dǎo)致無(wú)人船不能更加精確地測(cè)量水深。無(wú)人測(cè)量船也有一些不足，比如，沒有強(qiáng)的抗流水能力、自動(dòng)駕駛功能弱等，使無(wú)人船不能更加安全高效地測(cè)量在流速較大水域。其二，數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別較弱。無(wú)人測(cè)量船的船體產(chǎn)生的干擾不是很多，通過(guò)測(cè)深儀能能夠自己調(diào)節(jié)。但測(cè)量數(shù)據(jù)受到一些因素的干擾，比如，氣泡、雜物、懸浮物等，使測(cè)量數(shù)據(jù)不精確，這樣無(wú)法真實(shí)地反映出水底地形。

3.2 展望

伴隨著無(wú)人船的廣泛應(yīng)用，將給水下測(cè)量帶來(lái)新的變革。未來(lái)憑借智能化設(shè)備，可節(jié)省大量人力，只需幾個(gè)人員就可以順利進(jìn)行水下測(cè)量。目前，人們積極使用航標(biāo)遙測(cè)遙控、電子航道圖等技術(shù)，使航道測(cè)量越來(lái)越數(shù)字化、越來(lái)越信息化，更利于無(wú)人船的測(cè)量?，F(xiàn)如今，我國(guó)發(fā)展越來(lái)越快，尤其加快了物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛、智能制造的發(fā)展速度，所以可推動(dòng)無(wú)人船的發(fā)展。將各類測(cè)量設(shè)備搭載到無(wú)人測(cè)量船中，能確保無(wú)人船及時(shí)完成水下測(cè)量多項(xiàng)測(cè)量任務(wù)，在不久的將來(lái)，無(wú)人船技術(shù)將會(huì)不斷成熟，在水下測(cè)量中得以更廣泛應(yīng)用。