1、無人船測量系統(tǒng)在水庫地形測量中的應(yīng)用摘要：利用計算機技術(shù)、自動化技術(shù)和現(xiàn)代測繪技術(shù)，研發(fā)了集成無人船、GPS、 測深儀、避障雷達、無線通訊設(shè)備、計算機、電子羅盤、動力系統(tǒng)等多種設(shè)備為 一體的無人船測量系統(tǒng)。系統(tǒng)具備自動過濾漁網(wǎng)、自動避障、油電混合驅(qū)動等功 能，適應(yīng)于淺灘、水庫、湖泊池塘等測量困難水域的水下斷面和地形測量。實際 應(yīng)用結(jié)果表明：特定困難區(qū)域的水下地形測量與傳統(tǒng)的人工船測量相比，無人船 測量具有效率高、精度高的優(yōu)勢。無人船測量系統(tǒng)作為一種新的測量技術(shù)和方法， 在未來的水上作業(yè)中將有更加廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：無人船測量系統(tǒng)；水庫地形測量；應(yīng)用利用自動化技術(shù)開展GPS、測深系統(tǒng)、電子羅

2、盤、測量船、避障雷達的自動 化連接，實現(xiàn)船體按照無線遙控器的指令或?qū)Ш揭?guī)定路線自動行駛以及遇到障礙 自動避障;利用測量學(xué)技術(shù)開展水下地形測量中的自動定位與測深，實現(xiàn)水下地形 數(shù)據(jù)的獲取;利用計算機技術(shù)開發(fā)導(dǎo)航軟件，形成岸基控制系統(tǒng)，實現(xiàn)無人測量船 的遠程控制、水下地形測量的精度與參數(shù)等的設(shè)置、水下地形數(shù)據(jù)的自動記錄、 水下地形數(shù)據(jù)的處理與成圖等。采用系統(tǒng)集成的理念，構(gòu)建無人船測量系統(tǒng)，實 現(xiàn)水下地形測量到數(shù)據(jù)處理的自動化。一、水庫地形測量中無人船測量系統(tǒng)構(gòu)建無人船測量系統(tǒng)主要由岸基控制系統(tǒng)和無人測量船兩個分體系統(tǒng)單元組成。系統(tǒng)由小船、推進系統(tǒng)、避障雷達、GPS系統(tǒng)、測深系統(tǒng)、電子羅盤、電源、發(fā)

3、 電機、船載主控、無線傳輸?shù)?0個分體系統(tǒng)組成。（一）岸基控制系統(tǒng)岸基控制系統(tǒng)由計算機、測控軟件以及通訊單元組成。岸基控制系統(tǒng)與測量 船之間通過無線電進行通訊。依托無線遙控系統(tǒng)進行測量船命令的發(fā)射和信息接 收，利用海洋測量軟件實現(xiàn)測量船相關(guān)控制功能，并接收到測量船的運行參數(shù)（船 速、經(jīng)緯度、航向、俯仰角、橫滾角）與水深數(shù)據(jù)，并進行實時記錄顯示。（二）測量船系統(tǒng)測量船系統(tǒng)主要由船體、GPS、測深儀、電子羅盤、推進系統(tǒng)、電源、無線傳 輸系統(tǒng)、避障雷達、船載主控系統(tǒng)等組成船體。船體船體由不銹鋼框架和兩個PVC平衡翼組成。船長1. 5 m，寬0. 5 m，重20 kg。由于水下地形測量要求船體具有一定

4、平衡性，因此測量船搭載了一對平衡翼。 將電池倉放在船體的右舷探桿附近，推進系統(tǒng)置于尾部，測深儀主機密封在船倉 內(nèi)，GPS、無線天線和避障雷達固定在不銹鋼框架上，推進系統(tǒng)下有不銹鋼鐵絲 組成的過濾漁網(wǎng)、水體漂浮物過濾裝置。這種開放裝置易于拆卸。GPSGPS采用中海達V30系列1 + 1組成GPS - RTK系統(tǒng)，岸上布設(shè)GPS基準(zhǔn)站， 船上搭載GPS移動站，用以實現(xiàn)船體的定位、導(dǎo)航，實時獲取測量船的位置、航 向、速度。測深儀測深儀采用無錫海鷹公司生產(chǎn)的HY1500測深儀，用以實時獲取水下深度。電子羅盤電子羅盤采用Honeywell三維電子羅盤，可實時獲取測量船的俯仰角、橫滾 角，以便后處理中糾正

5、定位數(shù)據(jù)和水下測深數(shù)據(jù)。推進系統(tǒng)推進方式采用單推進器矢量推進器方式，由旋轉(zhuǎn)推進器作用軸的舵機和推進 器組成。利用單片機控制12V 400W水下推進器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停 止，以實現(xiàn)船體的前進、后退、加速、減速和停止;舵機由推進器作用軸和步進電 機組成，通過旋轉(zhuǎn)作用軸改變推進方向，進而改變船體航向，可旋轉(zhuǎn)0180。電源電源采用油電混合動力系統(tǒng)，由發(fā)電機和12 V蓄電池組成，設(shè)置自動斷電隔 離系統(tǒng)，當(dāng)采用發(fā)電機供電時，蓄電池自動斷開供電并開啟充電模式，以保證在 發(fā)電機沒油的情況下可以應(yīng)急使用蓄電池將測船遙控回來，正常情況下蓄電池可 連續(xù)工作5h。無線傳輸系統(tǒng)為了不干擾岸基控制系統(tǒng)命令的發(fā)出

6、和測量數(shù)據(jù)的接收，采用兩對頻率433 MHz的無線模塊，獨立傳輸控制命令和測量數(shù)據(jù)，傳輸距離可達2 km。避障雷達無人船船體還安裝了防水型的超聲波測距避障模塊，當(dāng)遇到水面障礙物時， 可以根據(jù)預(yù)設(shè)的避障距離進行避障。船載主控系統(tǒng)基于PC104總線的PCM -9375單板計算機作為主控計算機，結(jié)合PCM - 3643的8端口 RS - 232擴展卡，利用模塊化的集成方式，以RS - 232串口連 接無線模塊、推進器單片機控制器、測深儀、GPS、電子羅盤、避障雷達，具有 即插即用優(yōu)勢，方便傳感器的更換與擴展。船載主控系統(tǒng)可實時采集、記錄、處 理數(shù)據(jù)并向岸基控制系統(tǒng)發(fā)送所測量的水下地形數(shù)據(jù)，接收岸基控

7、制系統(tǒng)發(fā)出的 控制命令或依據(jù)預(yù)編程任務(wù)，向推進系統(tǒng)下達控制指令，并接收推進器控制命令 的響應(yīng)回執(zhí)。二、無人船測量系統(tǒng)在水庫地形測量中的應(yīng)用所研制的無人船測量系統(tǒng)先后成功運用于玉符河流域重要河道地形測量（三期） 項目中的斷面測量，山東省基礎(chǔ)省級下級基礎(chǔ)測繪項目中，臨沂市會寶嶺水庫中， 在煙臺市沐浴水庫中水下地形測量項目中的湖泊、水庫水下地形測量。（一）河道斷面測量應(yīng)用在玉符河流域重要河道斷面測量中，斷面點偏離斷面線距離小于0. 2 m，比 人工行船測量更加精確;與傳統(tǒng)的人工行船相比，汽車運輸無人船節(jié)省了不同斷面 之間的行駛時間;提高了測量的精度和效率。表1為無人測量船的斷面測量數(shù)據(jù)與 人工行船測

8、量的斷面數(shù)據(jù)對比。無人船斷面測量高程精度滿足規(guī)范要求，獲取的 斷面數(shù)據(jù)偏離斷面線更小，斷面數(shù)據(jù)平面精度更高（二）水下地形測量應(yīng)用無人船測量系統(tǒng)成功應(yīng)用于廣州地鐵跨江水下地形測量項目中的東山湖水下 地形測量、大金鐘水庫水下地形測量和珠江淺灘測量，解決了水庫、湖泊租用船 只困難、淺灘水深較淺、漁網(wǎng)眾多、傳統(tǒng)人工行船無法測量的困難。與傳統(tǒng)的人 工行船相比，無人船測量系統(tǒng)測量的水下地形成果具有以下特點：測線更加順直，測量成果較美觀。無人船測量系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)置的計劃線 施測，定向定位效果較好。由于無人船行駛較為平穩(wěn)，換能器吃水較淺同時自帶過濾漁網(wǎng)的功能，與 人工船相比，在水流和風(fēng)浪較小的水庫、魚塘和淺灘

9、等區(qū)域，測量成果的精度更 高。結(jié)論無人船測量系統(tǒng)在水庫、魚塘、湖泊、淺灘、漁網(wǎng)等障礙物較多測量困難的 水域具有傳統(tǒng)人工測量船無法比擬的測量優(yōu)勢，極大地解放和發(fā)展了生產(chǎn)力，提 高了測繪效率。無人船測量系統(tǒng)自帶的自動避障雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)了遇到障礙物自動避讓，保 障了船體和設(shè)備的安全。無人船作為一種具有無人、可控、可擴展、自動等特點 的水上觀測平臺，在局部區(qū)域水下地形測繪中具有明顯技術(shù)優(yōu)勢，也已經(jīng)成為現(xiàn) 代水上觀測技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。自主研發(fā)的油電混合系統(tǒng)，實現(xiàn)了油電分 離提供動力。在發(fā)電機汽油不足，供電動力較弱的情況下，蓄電池自動向船體提 供動力，可使船體連續(xù)工作5 h，保障船體正常返回。結(jié)束語無人船測量系統(tǒng)雖實現(xiàn)了遠程自動控制傳輸和測量數(shù)據(jù)接收，但在測深儀功 率和靈敏度調(diào)節(jié)方面仍停留在人工調(diào)節(jié)階段，為了能更加自動化地開展水下地形 測量工作，今后需要進一步改進和提升測深儀系統(tǒng)，使其可根據(jù)水深變化情況自 動調(diào)節(jié)功率和靈敏度，以增加測量深度的精確度。參考文獻：高艷.無人船在水下地形測量中的應(yīng)用與探討J.城市勘測,2019(04)： 173175+179.湯慧強.基于無