刘心可
上海通德工程勘察设计有限公司 上海 普陀 200331
摘要：无人船系统有效地将 GPS定位、自动避障、实时通讯、声呐测深等信息化、智能化技术结合起来，使无人船能够在各种环境下稳定地进行水下地形测量工作。在一般的 GNSS导航设备和探测系统中，只需编辑必要的作业指令，就能实现对各种类型水域水下地形的稳定有效的探测，智能无人探测船技术在河道清理、制图等方面发挥着重要作用，同时避免人为探测带来的风险，为工作人员提供安全的工作条件。
关键词：无人船；水下地形测量；河道清理
前言
当前，河流管理及相关工作日益迫切，水下地形测量在促进河流管理和消除库区风险、促进河流生态可持续稳定发展等方面发挥了重要作用。所以，利用智能技术进行水下地形测量显得尤为重要。本系统的应用，有效地提高了数据的可靠性，提高了水下地形测量的效率和质量，为工程实施打下了良好的基础。本论文以无人船技术为研究对象，通过实例分析其在水下河流地形测量中的具体应用，为相关的河流管理提供有益的参考。
1无人船概述
载人船体积相对较大，在进行水下地形测量时，由于受吃水深度的影响，不能对岸边、浅滩等区域进行精确测量，使水下地形测量的范围受到限制。在实际应用过程中，无人船显示出很多优点。无人船在自动化作业过程中，可以深入多个地形和水域甚至是危险区域，如浅海、水库、海湾等进行测量工作，其应用非常广泛，有效地保证了测量人员的安全。对测量船舶系统而言，它主要由RTK基站、岸基数据接收系统、岸基控制系统组成；软件主要由Auto Planner、Hydro Survey组成。
2无人船的特点
无人船是一种新型的水下地形测量方法，经过十几年的发展，加上信息技术手段的不断发展，以及对智能探测技术手段的不断提高，无人船在技术上已经有了很大的进步，其航行与测量工作呈现出非常稳定的特点，智能化程度越来越高。随着实际应用的不断深入，将逐步取代传统的载人船作业方式，应用越来越广泛。
测量船的优点是安全性和可靠性高，操作成本低，而且由于不载人，因此在实际测量工作中，能有效地避免人员伤亡和其他事故。此外，无人船船体小，携带方便，灵活性强，加上配备有通讯系统，高精度传感器，因此有效提升了整个系统的工作能力，从而能够准确获取信息，高效传递和处理信息，同时，在避杂方面也更智能化，能够更灵活地进行水下地形测量工作。
3无人船在水下地形测量中的应用
3.1具体应用
测量水下地形。河流水下地形测量工作前的准备工作是必不可少的。在水下测量过程中，需要提前进行定位时间的修正，调试水下测量软件，提高坐标系统的精度，减少由于系统工作方面的问题而导致的水下地形测量误差。当 GNSS设备接通后，便可开启正式测量工作，让无人船进入特定水域，进行测点、测深作业。该区河道水下地形测量需要与智能控制技术相结合，做好前期航路设置工作，在整体工作中实现测量。
如随塘河、中横港和盛家浜城乡中小河道综合整治工程-随塘河疏浚：随塘河、中横港和盛家浜城乡中小河道综合整治工程项目位于上海市浦东新区。为监督检查河道疏浚、开挖施工质量，疏浚施工完工后进场检测，采用测量河道横断面图及河底中心纵断面图方式，以全面检测工程河道断面、河底高程是否按设计图纸施工。
根据实际情况，可对河道进行风速小于6的水下地形测量。测量人员需要借助相关软件对河道、湖泊的状况进行分析，科学地确定断面的规划线，确保断面垂直于水流方向。船舶在进行无人操作时，必须使其保持直线和匀速运动状态。换档时要准确定位，减少晃动和浮起，做好转向及换档速度。在水下地形测量中，风浪高度的控制是必不可少的。波长大于0.6 m时，检测器的回波波动值较大，需要有效地控制，以减小对测量精度的影响。另外，在线测量过程中易发生侧漏，如最浅点等问题，因此需要对可能出现的情况和问题进行精确的控制，在准备工作中要准确、有针对性地进行预测，做好测距与定位控制工作。
根据上述无人船水下地形测量过程中存在的相关问题，要求测量技术人员充分重视内业整理工作，全面、准确地收集、整理探测设备所采集到的相关信号，从而获取精确的测量点水深、三维坐标等数据。
3.2处理水下地形测量数据和绘图
经过对测量数据进行编辑、修正后，还要利用Auto Planner、Hydro Survey软件进行专业分析工作，在合理计算的基础上对水位、地下地形地势进行分析，并对资料进行归纳整理：
1、断面测量严格按照相关规范要求进行，测站数据严格检查并校核。无人船在作业过程中，必须在航道上架设定位检查线，与主测深线垂直，长度大于主测深线，检测线与主测深线相交处高差不超过0.2米。这种方法需要按照相关的水下地形测量规范和标准进行精度控制，并将误差控制在合理的范围之内。在水下地形分析中，它能确保调查的整体有效性。与传统的人工测量相比，无人驾驶船舶具有明显的优势。
2、纵、横断面点采用测量船配合GPS RTK测量，测量船自带测深仪测量河底深度，船体上方安装GPS RTK 测量平面位置及水面高程。水下点距按照一米间距进行测量数据采样。断面点平面小于0.05米误差，高程小于0.1米误差。
3、外业完成后及时进行内业数据处理，对断面数据进行校核，对个别异常点进行筛查并与周边数据进行比对以避免粗差。
检测数据整理后与设计断面数据进行比对，按照河道中心点、左侧（2米、4米、6米、8米..）、右侧（2米、4米、6米、8米..）2米间隔逐点高程比对。
4无人船对河道清淤分析
利用无人船清淤采用断面法计算河道方量。该系统具有测量精度高、稳定性强等特点，其安全、智能、高效的运行方式，为河道水底泥沙淤积的动态监测提供了可能。该系统采用双频测深技术，实现了水下水底标高测量和淤泥层厚度测量，构建河底地形及淤泥层厚度三维空间数据库。运用无人船对河道进行勘测，掌握河道沉积物生长变化，总结河道沉积沉降规律，为河道疏浚工作提供指导，为政府决策提供有力的数据支持。该船还可携带水质监测仪，ADCP等仪器，对河流水质及流速进行监测。
5优化智能无人船应用效果的建议
（1）水下地形测量工作中，应注重岸基系统的优化，使岸基系统控制单元与智能无人船单元之间的信息交换能快速、高效地进行，对整个测量过程进行有效的管理和整合，提高基础工作水平，促进河道断面数据信息的及时、完整、系统。采用通讯系统，将有关数据迅速、有效地传送至数据控制中心，并对传输过程中出现的问题进行分析记录，使无人船巡检工作取得预期效果。
（2）在手动模式下，则着重优化视频传输模块，利用设备中的摄像机及时有效地收集和分析所需信息，用超声波实现对障碍物的自动避障，从而准确判断船舶到障碍物的实际距离。
结束语
总之，将智能无人船应用到整个水下地形测量中，需要从管理系统和操作系统两方面进行技术分析，以确保测量的实时性。利用无人驾驶船舶智能系统，提高水下地形测量整体水平，搞好河道清淤等相关产业开发。
参考文献
[1]关雷，郑宝华，赵琳，勾昆，袁红.浅析无人船在水下地形测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2019，42（11）：202-204.
[2]钱辉，舒国栋，王露.无人船测深系统在潮间带地形测量中的应用[J].水利水电快报，2019，40（10）：19-20+41.
[3]罗旭,石明旺.无人船测量系统在河道水下地形测量中的应用[J].城市勘测,2020,(4):164-167.
[4]徐启恒，张新长，黄滢冰等．单波束无人船一体化水下地形建模及辅助分析[J].地理信息世界，2016（23）：62～66．