2024年4月4日发(作者：)

2021年15期

TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

应用科技

无人船在水下地形测量中的应用

秦亮亮

（91550部队，辽宁大连116023）

海底地形测绘调

摘要：在我国基础建设工作逐步开展的前提下

，

海洋战略发展步伐逐步加快。近年来我国对近海滩涂

、

以及时效性逐步提升，

查及陆地水下地形测绘、监测工作的测量要求精准性

，

确保水下地形测量的精准性是加快水利工程建设

速度的重要路径。水上测绘领域的环境条件较为艰苦，比陆地测量工作艰难很多。水上测绘工作的开展不仅充满各种困难与艰

辛，同时测绘人员需要面临测绘安全问题。传统技术下的水下测量工作都是借助人工操作船只进行地形定位及地形测量，因此

传统水下测量结果的精确度和测量人员的安全性相对较低

。无人船在水下地形测量中的应用，

可大大提升传统水上测量的测

为此，

量效率及测量精度

。

文章对无人船在水下地形测量中的应用内容进行探究

，

为我国无人船水下地形测量技术的应用研究

添砖加瓦

。

关键词：无人船；水下地形测量；测量案例

中图分类号院U617文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2021冤15-0169-03

Abstract:UnderthepremiseofthegradualdevelopmentofChina'sinfrastructurework,thepaceofmarinestrategic

ntyears,Chinahasgraduallyimprovedtheaccuracyandtimelinessofthe

surveyingandsurveyingofnear-beach,seabedtopographicalsurveys,andland-basedunderwatertopographicalsurveyingand

monitoring,thusensuringtheaccuracyofunderwatertopographicalsurveyingisanimportantwaytogreatlyacceleratethe

aremoredifficult,elopmentofsurveyingandmappingonthe

waterisnotonlyfullofdifficultiesandhardships,butalsosurveyingandmappingpersonnelneedtofacetheproblemof

ironmentalconditionsinthefieldofsurveyingandmappingonthewater

hetraditionaltechnology,theunderwatersurveyworkisdonebymanuallyoperatingthe

isrelativelylow,licationofunmannedshipsinunderwater

reason,thispaperexplorestheapplicationcontentofunmannedshipsinunderwatertopographicsurveying,soastofacilitatethe

applicationresearchontheunderwatertopographicsurveyingtechnologyofChina'sunmannedships.

Keywords:unmannedship;underwatertopographicsurvey;surveycase

ore,theaccuracyofthetraditionalunderwatersurveyresults

topographicsurveyscangreatlyimproveths

对于湖泊乃至近海水域的水下地形测量调查工作要求也

长期以来，

在不断提升。我国的水下地形测量工作停留在

过1000km

2

，随着国家对水下地形地貌调查进程的加快，

1无人船

我国幅员辽阔、山川河流众多，仅流域面积就已经超实基础。

1.1无人船应用特点

无人船作为进行水下地形测量数据获取的重要路

现阶段已代替了大部分的传统人工测量作业方式。自人工测量阶段，有关水下地形测量的技术手段较为落后，径，

近几年来，

我国应用无人船技术以来，经由多年的技术创新发展，无因此开展无人船水下地形测量优势极为明显。

GNSS-RTK设备、单波束测深仪等数据采集设备进行水

为了获得水下地形信息数据，无人船测量系统通过搭载人船的水下地形测量技术已趋近于成熟

，

而无人船的水

下航行表现也趋于稳定。现阶段的无人船发展方向为智

能化。在水下地形测量中无人船技术应用的最大优势就

轻便

及小巧

，

是高效、安全

、

再加上无人船测量运行成本

低的应用优势

，

让无人船测量技术深受测绘单位的喜爱

。

无人船测量技术的远程遥控系统，以及

自动驾驶系统完

下地形数据测量，可有效满足传统测量模式中人工测量

技术无法达到的工程任务要求

，

可有效解决传统测量模

式中所受到的地形环境因素制约

，

让水下地形测量人员

获得高精度的数据信息

，

为水下3D模型的建立奠定坚

（

1980-）

研究方向：无线电测量。

作者简介院秦亮亮，男，法律硕士，工程师

，

-169-

应用科技

TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

2021年15期

全杜绝了水下地形测量过程中发生的人员伤亡事故

，

无

人船机体的特殊设计能够抵御外力的攻击，确保无人船

能够最大程度的保存完好。

此外无人船能够搭载我国最

为先进的通信系统、传感器系统及导航控制系统，避免无

人船在水下测量过程中出现被水草或是渔网缠绕

，

同时

也能帮助测量单位对无人船进行维护检查。与此同时，无

人船所搭载的深测仪

、

ADCP、侧扫声呐等多种类型的传

感系统，能够帮助测量单位全面测量水库

、湖泊及内河航

1.2

道等

无人

区域，

船

实

测

现

量

对

系

地下

统

水域地形地貌数据的有效获取

。

无人船的水下地形地貌测量效率极高，再加上无人

船测量系统具备测量数据准确

，以及测量安全系数高的

特征

，

因此在湖泊和水库上无人船机芯常常能够进行水

下地形测量工作。现阶段大多数的无人船已经实现了自

主导航、自动避障和数据实时传输的功能特征

。

根据无人测量船的功能特点

，

可将系统分为两个系

统，分别是控制系统及测量系统

。控制系统是对无人船

运行状况、航行情况及测量数值等相关数据信息的精度

值进行把控

，

利用岸边基站的控制系统对水深信息

、水

流速度信息和船体的位置信息进行全面性把控

。测量系

统主要是由GNSS-RTK及测深仪器构成

，

同时利用姿

态传感器对测量数据信息实时进行纠正，确保系统获得

的水下三维坐标的准确性

，

为水下地形图绘制及三维模

型的生成提供准确性基础数据

。无人船在进行自动导航

测量过程中

，

可将测量过程中测区的影像资料导入无人

船的控制软件系统中，对无人船的航线进行再次规划，

与此同时GNSS-RTK在无人船测量中又能起到导航的

作用（

见图

1）。

图1无人船测量系统构成

1.3无人

无人

船

船

测

测

量

量

系

系

统

统

原

中

理

的测深仪在充分结合GNSS、潮位

及声速信息的前提下

，

能够对测量位置的水深及水底高

度进行测量

，

因此无人船广泛适用于影响测量人员生命

健康安全的情况中

，

同时需要经常更换测量区域的环境

。

同时无人船测量系统所搭载的GNSS全球定位系统，能

够在测量过程中为测量人员提供高精准的定位坐标

，

同

-170-

时利用GNSS定位系统还能进行自主导航

，

帮助无人船

实现智能化的无人操作（见图2）。

图2无人船测量系统

无人船测深系统的工作原理

，

是经由无人船的船底

声呐装置进行声波的发生

，

等待声波达到介质的表面反

射时，经由测量系统计算发射反射波

，以及接受反射波之

间的时间差（驻t），利用声波在水中的传播速度（V），利用

无人船自带的微型处理器进行测点水深

（

h）的计算

。具体

公式如下

：

h=

无人

（灾伊驻

船测

t）

水

/2。

底高程的工作原理为，将GNSS天线

（1

中

）

的相位中心高程设置为H，GNSS天线相位中心到无人船

吃

驻

程

h

水

则

，无人

高度的

是D

船

，测

测

距离

量

量

水

系

设

底

统

置

高程的

中

为

测

h

0

深

，将无人船的船体丝带设置为

具

仪

体公

所测

式

量

如

的

下

水

：

深为h，水底高

D=H-h

0

无人船测

-（

量

h+

系

驻h

统的运

）。

转是基于GNSS-RTK动态定

（2）

位技术

，

同无人船测量系统运行过程中利用姿态传感器

对船体的姿态信息修正

，

继而实现对无人船三维坐标的

实时修正。避免无人船测量过程中由于船体的晃动，导致

无人船水下地形测量数据失真

，

确保水下地形测量成果

2

的

无人船

精确度

。

2.1案例概

在水

述

下地形测量中的实例分析

河道测量的面积为5.1km

2

，因此选用无人船参数如

6h

为

。

尺寸是105cm伊35cm伊35cm、重量为25kg，续航能力在

2.1.1

第

无人

一

，

船

在

的

无人

测试

船

控制环

测量测

节

绘的测试环节中

，

测试当天的

天气良好

，

水面并无风浪因此适宜开展水下测量工作。

第

二

，

无人船测量测绘过程中需要与水流方向保持一致

，

确

保无人船与断面的间距在20m。第三

，

无人船测量测绘过

程需要保证无人船始终处于匀速行驶的状态

，

同时需要

2021年15期

TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

应用科技

将船体转角变化控制在40

0

向与测量间距的差异控制20%

/min

以

以

下。

下

，

将无人船的实际航

2.1.2

第

无人

一

，

船

无人

的测

船

试

测

操

量

作

测

环

绘

节

开展前需要测量单位先对无

人船及相关测量设备进行检测

、调试，

确保无人船测量测

绘过程中测量设备的应用参数满足测量需求。第二，无人

船测量测绘过程中需要将测线间距设置为10cm处

，

并

利用计算机及相关测量辅助设备进行连接测量

，

确保水

下地形地貌实际数据信息的精准获得

。第三，

无人船测量

测绘操作过程中，测量单位需要对相关的模拟信息进行

记录

数

保

无人

据

存

。

2.2分

船

析

测

测

量

绘

测

环

绘

节

工作完成后

，

测量单位的工作人员

需要对相关数据信息进行整理分析，并以此为基础对测

量河道的水下地形情况进行测绘

。本次测量工作选用的

测绘软件为南方Cass9.1，借助测绘软件对无人船测量测

绘

0.5m

的

，

回

所

传

采

数

用

据进

60cm

行分

伊60cm

析

标准

。

其中河道的等深线距离为

测

，一共180副。无人船测量

1

报

：

绘

1000

数据

与

分

1

析环

：2000

节

的

以《

，

为基础，

测

水

量

运

图

工

式

程

同

测

时

量

利

规

用

范

》

word进行

利

测

用

绘

2.3

告

无人

的编辑

为了保

船测

工作。

证

量

无人

数据

船

精

测

度

量

检

数

查

据

环

信息

节

的精准性

，

测量单位

需要对测量河道进行抽检工作

，实

现无人船测量数据获

得的

7%，

可

将

靠

所

性。

有测

抽

试

检

点

选取

的高程

的河

差值

道

控制

长度

在

为测

0.2m

量整体长度的

河道区域设置100个随机测试点

。其中，

对于高度

以内

距离

的抽

差

检

在0.1m以内的抽检河道设置48个随机测试点

，

在0.1m-

0.2m

0.2m

之

本

的

间

次测

抽

的设

检

置49个随机测试点

，对于高度

距离差为

量

河

河

道

道

区

抽

域设

检工作严格

置3个随

按照

机

《

测

水

试

运

点

工

。

程测量规范》

进行抽检测量工作

，

所有测量工作均满足相关部门的测

量数据精度检查要求

，

抽检合格率为100%，无人船测量

2.4

数据

案

精

例

度

实

检

验

查

结果

结果具备参考使用价值

。

无人船测量技术在水下地形测量的应用价值意义极

高，根据上述测量实例结果可知

，

无人船测量技术具备进

一步推广的应用价值

。

第一，测量单位利用无人船进行水下地形测量过程

中

，

在对无人船测量数据信息精准性检测时，对抽检河道

中设置100个随机测试点进行测试数据信息检验工作

，

测量检验合格率为100%，测量精确度极高

。

第二，测量人员在应用无人船测量技术过程中，在进

行水下测量期间所应用的劳动力相对较少

，对于

无人海

域、危险海域的测量探测有着极高的应用价值

，

既能保证

测量数据信息获取的精准性，同时也能保证测量人员的

生命财产安全

，

为相关部门水下地形情况的获取提供完

3

整

无人船

信息

，

有效

在水

避免

下地形测量

了自然灾

中应用的推

害的发生

。

无人船测量技术的测量作业主要是

广路

由

径

计算机控制执

行

，

因此在作业过程中能够严格执行程序设定

，

大大提升

无人船测量数据的精准性。

再加上无人船船体本身轻便

短小

，

对于航向的控制力极佳

，

因此能够大大提升水下地

形测量的准确度。为此相关部门需要加大对于无人船水

下测量优势的宣传力度，提高各个区域测量单位对于无

人船水下地形测量技术的重视程度，为无人船测量技术

的广泛应用发展创造条件

，

同时相关部门在推广宣传过

程中，需加深测量人员对于无人船水下地形测量技术的

理解程度，提升测量人员的测量技术水平

，

为无人船水下

地形测量技术的推广应用奠定基础

。此外为了加快我国

无人船水下地形测量技术的发展，各大高校需注重培养

无人船水下测量人才，着重加强现有的水下地形测量技

术人员的技能培训工作

，

培养其无人船水下地形测量专

业技能

，

同时参与无人船水下地形测量作业的工作人员

需要做好经验总结工作

，

分析自身存在的不足

，

全面提升

测量人员的水下地形测量能力。

4结束语

传统水下地形测绘过程中

，

需要耗费大量的人力、

物

力，水下地形测量所应用到的测量设备复杂

、笨重，

严重

影响了水下地形测量的效率及测量数据的精准性。近年

来我国由于水下地形测量不准确而造成的抛石量发生重

大变化

，

造成相关部门出现严重经济损失

。无人船水下地

形测量技术的出现具备极高的经济价值

，

不仅能够减少

人力、物力上的资金投入，大大降低运作成本

，

同时也能

有效解决传统人工测量面临的难题，因此相关部门需注

重应用无人船水下地形测量技术

，

为水下地形测量精准

度的提升保驾护航

。

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