哈尔滨哈船导航技术有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150001
摘要：针对海洋测绘面临的问题，本文讨论了无人水下智能海洋测绘的技术体系和无人水下智能海洋测绘装备的关鍵技术，以及无人水下智能海洋测绘的装备产业链，展望了无人水下智能海洋测绘装备的发展前景。
关键词：海洋测绘；海洋装备；水下智能平台；智能测量
无人时代具有云计算、物联网、大数据、移动互联网、人工智能等技术特征，无人时代是以智能平台、物联互通、智慧大脑支撑的高科技时代。因此，对面向无人智能化发展的水下海洋测绘装备技术提出了新的挑战。
一、无人水下智能海洋测绘装备关键技术
1.1水下智能平台
水下智能平台主要有有缆水下航行器和无缆水下航行器两类，有缆水下航行器一般指水下机器人ＲＯＶ平台，无缆水下航行器可以是自主航行水下机器人ＡＵＶ、水下滑翔机ＡＵＧ和水下直升机等。有缆水下航行器ＲＯＶ需要在航行器后面拖带电缆，由操作员控制其航行和测量作业。拖带电缆的水下航行器依靠母船提供能源进行航行和测量作业。这种平台作为无人水下海洋测绘平台，具有与现行的侧扫声呐等海洋探测装备集成的基本条件。水下航行器能够提供持久的电能和可靠的宽带声光信号传输保障，以支持母船或岸基获得控制航行器作业的目标信息、定位信息、姿态信息和环境信息，以及海洋探测器回传至甲板单元或数据中心的测绘信息。但是，有缆水下航行器ＲＯＶ作业范围受到缆线的限制，作业范围有限；平台结构稳定性较差，传感器姿态受到缆线的影响较大，实现智能自动精准测绘的问题较多。需要解决的关键技术包括：（１）平台稳定性技术；（２）平台传感器布置空间结构波流水阻优化；（３）测量航线智能规划与控制技术；（４）水下精密实时导航技术；（５）缆线轻量化技术等等。无缆水下航行器即自主式潜器不需要母船或岸基通过拖带电缆供电，母船可通过信号光缆或声、无线电或卫星等通信方式对ＡＵＶ进行有限监督和遥控，ＡＵＶ将目标信息、定位信息、姿态信息和周围环境信息，以及海洋探测器信息回传给母船或岸基数据屮心水下无人航行器是一种可长期潜入水下，依靠自带能源、自推进、遥控或自主控制，通过配置任务载荷执行海底测绘作业任务的作业平台。系统配置水下工作站，可以满足海洋探测器数据下载、平台充电接驳等功能，解决了长续航作业的范围受限水下无人智能测绘航行器导航应满足无人自主导航、长时可靠工作、高精度定位、实时准确提供导航信息、小体积、低功耗组器件的要求。
1.2声学传感器
声学传感器是以多波束测深仪、侧扫声呐、合成孔径声呐、三维激光成像声呐以及浅地层剖面仪等为主要代表的声学设备，这些传感器是探测海洋的必要手段？。其中，多波束测深仪、侧扫声呐和合成孔径声呐可以获取海底地形地貌，是无人水下海洋测绘主要的声学传感器。而声学传感器最核心的部分是声呐换能器，无人水下航行器不仅需要集成度高的发射和接收换能器，而且要尽可能减小环境噪声影响：未来换能器将向大功率、宽频、小体积和抗干扰等方向发展：声学传感器与水下智能平台既相互独立又相互制约，平台的稳定性和续航能力是传感器获取高精度数据及长时间工作的保障，传感器重量体积及安装方式又影响平台配置及控制．两者需要高度集成和优化设计。
1.3声学数据
链声学数据链是以声学互通数据的链路，通过声呐终端从数据链中获取自己需要的信息，同时也可以通过终端向数据链中添加数据，声学数据链在海底观测网以及ＡＵＶ协同组网等数据传输和通信中具有重要作用。
声波在水下传播的损失较小，但是与空气中的电磁波相比，仍然存在传播距离短、速率低、噪声大、携带信息能力弱等问题。因此，声学数据链适合应用于水下局部范围多声呐终端信息互联互通。未来将突破声传输限制的水下通信新技术，研究基于新型信息传输载体的通信原理，如中微子通信、量子通信等。
1.4智能测量控制
智能测量控制是指在测量过程中，系统能够根据实际环境，对产生的误差因素进行智能分析纠正，达到减少误差、提高测量精度的目的。在海洋测量中，潮位数据不准确、声速变化较大、定位不准、环境恶劣等因素都会造成测量误差，智能海洋测量能够根据已有的环境数据或者调用相关传感器实时数据对误差进行智能校正。例如当测量海域水温或盐度变化较大时，依据机器学习模型自动增加声速测量频率，以此减少因声速变化大带来的测量误差。当前进行误差校正更多是依靠人工判断，无法对环境变化即时做出反应，因此，智能测量控制技术可以改变当前的海洋测量模式。
1.5声学图像处理
声呐采集到的原始数据包含许多噪声，并且存在畸变、边缘模糊以及分辨率低等问题。在现有设备的基础上，通过声呐图像处理方法，可以获得较好的成像结果，提高人工判读的准确性。目前，有关声学图像的处理包括图像增强、几何校正、图像分割、分类与识别、降噪复原、超分辨重建、目标跟踪等几个方面。处理方法包括多尺度几何分析、数理统计、神经网络以及小波分析等＇在硬件发展到达瓶颈以后，加强对声学图像智能处理研究，可以有效提高图像质量，扩展应用领域。
二、机遇展望
在海洋测绘现代化的进程中，仍然面临着诸多的问题。首先，现有的海洋船舶测绘平台作业成本高、效益低；数据采集自动化程度低、实时性差；数据不能自动化、智能化处理，工作效率低。渚如视觉图像、声学图像，对目标物的判别尚需要人工判读等等。举例而言，自主水下航行器ＡＵＶ和水下滑翔机ＡＵＧ平台结构搭载能力有限，只能配置小型侧扫声呐、合成孔径声呐等；作业范Ｍ受到自带能源容量的限制，作业范围不能满足全海域的需求；光一声水下无线通信宽带窄、速度慢和可靠性较差，不能满足海洋探测器信息的实时（准）传输需求；传感器姿态受到平台结构稳定性的影响较大，现有定姿传感器精度不能满足海洋测绘的需求；ＡＵＶ平台水下定位精度需要进一步的提高。未来需要解决的关键技术包括：（１）平台载荷配置技术；（２）平台低功耗、长续航技术；（３）可再生绿色能源技术；（４）测量航线智能规划与控制技术；（５）水下精密实时导航技术；６）光一声水下无线通信技术；（７）水下数据交换与充电接驳技术等等。因此，面对即将到来的以云计算、物联网、大数据、人工智能支撑的智慧化高科技时代，必将给海洋测绘技术及装＆发展带来新的机遇。
三、结语
海洋测绘是人们进行海洋开发活动的基础，对于人们认识和探索海洋具有重要的作用。而随着水下装备的智能化及信息化的快速发展，未来无人水下智能海洋测绘装备的发展趋势是向着模块化结构设计、自动化数据采集处理和智能化数据服务等方向发展，这将不断促进无人水下智能海洋测绘技术的进步，为海洋强国战略保驾护航。
参考文献：
[1]胡光.我国水下无人装备标准建设的构想m.水雷战与舰船防护,2016,24(3):92-93.
[2]钟宏伟,李国良,宋林桦,等.国外大型无人水下航行器发展综述[J].水下无人系统学报,2018,6(4):273-282.
[3]赵建虎,陆振波,王爱学.海洋测绘技术发展现状[J].测绘地理信息,2017,42(6):1-10.