无人船测深系统在水下地形测量中的应用

无人船测深系统在水下地形测量中的应用

朱双伟

中核勘察设计研究有限公司，河南郑州，450002

摘要：相对于传统的水下地形测量，无人船最大的特点是能够在水面上实现无人操作。测量期间，可以在室内设定仪器参数，也可以通过内部联网，户外工作就是运输船只，安装天线，远程控制船只，从本质上消除水上工作中出现的安全问题，同时也保障了勘测工作人员的生命财产。无人测量船在水下地形测量中的应用具有巨大的潜力和广阔的前景。

关键词：无人船测深系统；水下地形测量；应用

1 无人船测深系统在水下地形测量中应用的重要价值

无人船测深系统在水下地形测量中应用的重要价值包括以下几个方面：

1.1 高效性

无人船测深系统能够自主进行测深工作，不需要人工操作，因此能够大大提高测量的效率。相比传统的人工测深方式，无人船测深系统可以连续工作，并且能够在水下地形复杂的区域进行测量，大大节约了时间和人力资源。

1.2 精度性

无人船测深系统采用先进的测深设备和技术，能够提供高精度的水下地形数据。通过激光、声波等测量技术，可以获取水下地形的精确信息，包括水深、地形高度等。这些精确的数据对于海洋地质调查、海底地形研究、海洋工程建设等领域具有重要意义。

1.3 安全性

无人船测深系统能够代替人工进行水下测量任务，减少了人员在复杂、危险的水下环境中的风险。无人船测深系统可以在各种恶劣的天气条件下工作，能够适应各种复杂的水下环境，并提供可靠的测量数据，确保了人员和设备的安全。

1.4 数据可视化和处理方便

无人船测深系统可以将测量数据实时传输至岸上或者船上的工作站，实现数据的实时监测和处理。通过先进的数据处理软件，可以对测量数据进行快速、准确的处理和分析，生成可视化的地形图和水深图等。这些数据和图像可以为科研、工程规划、海洋环境保护等提供重要的参考和依据。

综上所述，无人船测深系统在水下地形测量中具有高效性、精度性、安全性和数据处理方便等重要价值。它的应用可以为海洋调查、海洋工程、海洋环境保护等领域提供可靠的水下地形数据，促进了相关领域的发展和应用。

2 无人船测深系统在水下地形测量中应用的常见问题

无人船测深系统是一种用于水下地形测量的先进技术，但在实际应用中可能会遇到一些常见问题。以下是一些常见问题和解决方法：

2.1 定位精度

无人船测深系统的定位精度对于准确测量水下地形非常重要。如果定位精度不足，可能导致测量结果的偏差。解决方法包括使用高精度的定位系统（如GNSS或惯性导航系统）以提高定位精度，或者通过引入外部参考点进行校准。

2.2 水下障碍物干扰

在水下地形测量过程中，可能会遇到障碍物，如水下岩石、植被或其他物体。这些障碍物可能会干扰测量传感器的运作，并导致测量结果的不准确。解决方法包括使用多传感器系统以降低障碍物的影响，或者通过避开障碍物的路径进行测量。

2.3 水下能见度

水下能见度是指水中的可见光透过水体的能力。如果水下能见度较差，可能会导致测量结果的模糊或不准确。解决方法包括使用其他传感器（如声纳）来获取更准确的地形信息，或者选择测量时水下能见度较好的时间和地点进行测量。

2.4 数据处理和分析

无人船测深系统通常会生成大量的数据，如测量点云或地形模型。如何有效处理和分析这些数据可能是一个挑战。解决方法包括使用专业的地理信息系统（GIS）软件或数据处理算法来处理和分析数据，以获得所需的地形信息。

2.5 能源和续航能力

无人船测深系统通常需要电力驱动，因此能源和续航能力是一个重要考虑因素。解决方法包括选择高效能源系统和优化船体设计，以延长系统的续航时间。

总体而言，无人船测深系统在水下地形测量中的常见问题包括定位精度、水下障碍物干扰、水下能见度、数据处理和分析，以及能源和续航能力。通过合理选择设备、优化操作流程和采取相应的解决方法，可以提高测量的准确性和效率。

3 无人船测深系统在水下地形测量中应用的策略

3.1 合理选择设备

（1）测量需求：首先要明确测量的具体需求，例如测量的水深范围、精度要求、测量区域的大小等。根据这些需求确定所需的设备性能。

（2）传感器类型：无人船测深系统通常使用声纳传感器进行水深测量，但不同类型的声纳传感器具有不同的性能和特点。例如，多波束声纳可以提供更高的测量精度和分辨率，而侧扫声纳可以提供更广阔的水下地形覆盖范围。根据测量需求选择合适的传感器类型。

（3）定位系统：定位精度对于无人船测深系统的测量结果至关重要。可以选择全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）或组合定位系统（GNSS/INS）等高精度定位系统，以提高测量的定位精度。

（4）船体设计和尺寸：无人船的船体设计和尺寸应根据实际应用需求来选择。例如，在大型水域测量时，需要选择具有较大船体尺寸和更强的耐波性能的无人船。

（5）能源系统和续航能力：无人船测深系统通常使用电力驱动，因此能源系统和续航能力是重要考虑因素。选择能提供足够电力并满足测量需求的能源系统，并根据需要考虑续航能力。

（6）数据处理和分析能力：选择具有适当的数据处理和分析能力的设备，以便有效处理和分析测量数据。这可能包括选择具备数据存储和传输功能的设备，以便将数据传输到地面站进行后续处理和分析。

（7）可靠性和易用性：考虑设备的可靠性和易用性，选择经过验证和易于操作的设备。这包括考虑设备的耐用性、抗干扰能力以及是否具备良好的用户界面和操作系统等。

3.2 优化操作流程

（1）准备工作：在实施测量任务之前，进行充分的准备工作是至关重要的。这包括检查设备的状态和功能，确保传感器和定位系统的正常工作，并确认设备的能源供应充足。同时，还需要确保测量区域的安全性，例如检查潜在的障碍物和危险物。

（2）航线规划：在测量前制定良好的航线规划可以提高测量效率和数据质量。根据测量区域的特点和要求，合理规划无人船的航线，确保测量区域的全覆盖，并避免重复测量。使用地图或导航软件，根据测量需求设定航线点，以确保测量点的均匀分布和充分覆盖。

（3）传感器设置和校准：在开始测量前，对传感器进行设置和校准是必要的。根据测量需求和设备规格，设置传感器的参数，例如测量范围、采样率和增益等。同时，进行传感器的校准，以确保测量结果的准确性和一致性。

（4）实施测量任务：在实施测量任务时，需要确保无人船按照预定的航线进行运动，并保持稳定的速度和航向。监控设备的运行状态，确保传感器和定位系统的正常工作。及时处理和记录测量数据，以便后续的数据处理和分析。

（5）数据处理和分析：在测量任务完成后，对测量数据进行处理和分析是必要的。这包括数据的校正、滤波、插值和可视化等步骤。使用适当的软件工具，对测量数据进行处理和分析，提取所需的水深信息和水下地形特征。

（6）故障排除和维护：在整个操作流程中，如果遇到设备故障或其他问题，需要及时进行排除和维修。保持设备的良好状态和维护，定期进行设备检查和维护，以确保设备的可靠性和性能。

4 结束语

总而言之，随着无人测量船的快速发展，在海洋工程领域，尤其是水下地形测量方面的应用也越来越广泛，并逐渐成为水下地形测量不可或缺的一部分。无人船作为一种新型的、多功能、智能化的测量仪器，可以对大面积的海域进行实时、快速、准确地测量，同时可以实现对目标区域内不同类型、不同分辨率数据的采集。

参考文献：

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[2]贾治平.无人船测深系统在水下地形测量中的应用[J].经纬天地,2021,(04):20-23.

[3]陈俊任,周晓华.无人船测量系统在水下地形测量中的应用[J].测绘技术装备,2020,22(04):65-68.