无人测量船在水利测量中的应用

无人测量船在水利测量中的应用

陈明哲

安徽创汇土木工程有限公司，230000

【摘要】在水利工程可行性研究、设计、施工阶段，通常需要测量水下地形图和纵横断面图。传统水下测量主要利用有人船搭载测深仪和GNSS设备测量，这些测量方法在流速快的危险水域、水深较浅的水域和有人船只难以进入的水域测量比较困难，且作业效率很低，需要做大量的准备工作。面对水利测量工作的现势性、发展性，需要创新水利测量理念和技术，对现代信息化、数字化测量技术加以应用，实现无人测量技术和相关设备的应用。其中，无人测量船是信息化无人测量技术中的一种，能够有效的开展自主航行、自主避障、自主按航线测量水下高程、水深的工作，还能够实现将水下高程、水深数据实时传送给测量人员，不仅提高了水下测量工作效率，还实现了动态与静态测量的同时开展，更好地发挥水利测量的价值和意义。

【关键词】无人测量船；水下测量；水利工程

    在水利测量中除了陆地部分的测量外，通常还需要进行水下地形的测量。传统水下地形测量主要依靠有人船只搭载测深和定位设备进行，这种作业模式存在很多局限性，在浅水区域、水流快的危险水域以及有人船不便进入的水域测量比较困难，作业效率较低。

1、无人测量船介绍

无人测量船系统利用导航、通信、自动控制等设备和软件，在岸基实时接收、处理并分析无人船采集的水深和位置数据，实现水下高程的测量。

无人测量船系统主要由船体、测深仪、GNSS接收机、控制装置和数据处理电脑组成。船体包含动力、通信、导航等功能，测量时由船上的测深仪采集水深数据；由GNSS接收机采用动态差分定位采集位置数据，现在GNSS接收机主要利用CORS网络进行定位，也可自行架设基准站进行定位；无人船由电脑、遥控器通过4G网络或无线电台进行控制。

2、无人测量船的测量原理

通过电脑根据测量任务划定测区及布设航线，把数据上传到无人测量船，然后用电脑或遥控器控制无人测量船进行测量，可以按规划航线自动测量，也可以手动遥控进行测量。无人测量船利用测深仪测量水深，同时利用搭载的GNSS接收机测量平面位置和高程，根据测深仪和GNSS接收机的相对位置以及测深仪测量出的水深计算得到此平面位置的水底高程，由此实现水下高程的测量。

近年来，由于各地实施了禁渔政策，很多河道船只大量减少，租用船只非常困难且费用高，给水利测量工作带来一定影响。皮筏艇和人工涉水方式测量效率慢，且存在安全风险。在此情形下，无人测量船在水利测量中得到了广泛应用。

3、传统水下测量与无人测量船测量优缺点

3.1传统水下地形测量存在问题

⑴、有人船只吃水一般都比较深，一些浅滩无法到达，导致无法保证测量水域的全覆盖。

⑵、皮筏艇测量时，很难保证船体稳定，易产生晃动和位移，导致测量精度降低。

⑶、一些水流湍急的复杂水域对船只和人员构成危险，安全性得不到保证。

⑷、人工涉水测量只能在浅水区域进行，且容易造成测量区域漏测、少测问题，影响成果质量。

3.2无人测量船优缺点分析

3.2.1 优点

⑴、无人测量船重量轻，体积小，吃水浅，深水浅水区均可使用，方便运输和迁移，大大降低使用成本。

⑵、对于水流湍急的复杂水域，使用无人测量船更加安全可靠，提升作业人员的安全性。

⑶、无人测量船可以根据地面操控指令自动完成测绘任务并实时传输数据，避免出现漏测或少测情况，对地形复杂的水域可重复多次测量，保证数据的准确性。

3.3.2 缺点

⑴、在有渔网和水草较多的水域，无人船螺旋桨容易被缠住，无法进行操作。

⑵、测量中有竹竿、石头等不容易觉察的障碍物时容易发生碰撞、搁浅等情况，在复杂水域测量需要作业人员时刻通过人眼或摄像头对前方水域进行观察，作业人员要有较高的操纵能力。

⑶、无人船在高速测量时耗电较快，大面积作业需配备多组电池。

华微3号无人测量船，是基于无人驾驶遥控船为载体，集成了控制系统、动力推进系统、无线通讯系统、卫星定位导航系统、测深系统等，可快速、精确地获取水下地形数据。

主要技术指标：

4、测量实施

4.1水深测量

在室内准备测量前的工作，首先打开手机热点，将便携电脑连接上网络，接着打开无人船AutoPlanner控制软件，在软件的卫星影像图中画出测区边界或者导入测区边界，输入航线的方向和航线间的距离，利用软件自动生成航线，并根据需要进行调整，也可在CAD中设计好航线导入到软件中，最后生成航线文件并保存。然后打开HydroSurvey测深软件，新建工程项目，输入相关坐标系、坐标转换参数等测量参数。

在野外测量时，先将无人船电池、天线装好，检查无误后开机放入水中，用遥控器先将无人船开至安全的位置。打开便携电脑中AutoPlanner软件，连接无人船，观察无人船的各项参数是否正常，然后将准备好的航线文件上传至无人船。接着打开HydroSurvey软件，选择建好的工程，连接好无人船，设置好数据记录模式，检查水边高程数据是否准确，无误后就可新建测量线文件进行测量。测量中要时刻关注无人测量船的工作状态，根据需要选择测量模式，一般在深水且没有障碍物的区域采用自动测量模式，在浅水及障碍物较多的区域采用人工遥控测量。

4.2数据处理、导出

    在水深数据采集完成后，在Hydro Survey软件中对所采集的数据进行处理：

 第一步进行水深取样。将测量完的航线文件按距离或时间进行采样。采样后，需要对水深数据进行检查，去除非固定解和水深变化异常的点，然后生成采样文件。

第二部导出采样文件，将经过处理后生成的采样文件通过软件导出为需要的格式，Hydro Survey软件有多重格式可供选择，也可以自定义格式，水利测量一般导出格式为CASS格式，导出选择测深仪的高频数据。

5、效果检查

2022年10月，在郎溪县荡南湖水库水下地形测量中，为了验证无人测量船的效果，特采用传统水下地形测量方式和华微3号无人测量船同时进行测量。

荡南湖水库库区现有水域面积约3.3km²，深水区平均水深2.0m左右。水库周边存在大面积浅水区域，水深不足0.5m，同时周边还分布着众多鱼塘，且大小、深浅不一。两种方式进行同一地形、同一面积的水下地形测量。通过测试，无人测量船提高测量效率46％，取得了非常满意的效果。

根据《水利水电工程测量规范》（SL197-2013）规定，水深小于10m 时，测量点高程中误差限值为±0.15m。在此项目中，无人测量船和采用传统水下测量方式同时对同一水域进行了测量。对比实测数据可以得出结论，利用无人测量船测量的水下地形点的精度完全满足规范要求。

6、结语

总而言之，无人测量船是一种现代化、信息化测量新技术，在实际应用中具有诸多优点。无人测量船应用到水利工程水下地形测量中，可以克服各类人工无法完成的测量任务以及人工较难完成的测量任务，并可一次获取高精度、高密度、统一坐标体系的真三维型地形数据，不仅缩短水下地形测量工作时间，提高了作业效率，节约大量的人力资源，保障了作业人员安全，同时保证了测量成果的精度，满足新时期水计量的高标准和高要求。因此，为保障现代水利工程测量工作有序的开展，提高测量成效，测量技术人员需要积极运用无人测量船开展水上和水下测量工作，发挥无人测量船系统的优点。

【参考文献】

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