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摘要：在社会经济动态发展中，地理信息数据日渐扮演关键性角色。由于水下地形信息数据远不如陆地丰富，无人测量船系统优势较多，已被持续应用到水下地形测量中，极大地提高了水下地形测量工作效率与质量。因此，本文从多个角度客观的阐述了无人船在水下地形测量中的应用。
关键词：无人船;水下地形测量;试验
1无人船测量系统和工作原理
1.1无人船定义
无人船是一种可以远程操控，也可以借助精确GNSS卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，英文缩写为USA。
1.2无人船测量系统基本原理
无人船系统分为船体系统和作业系统，船体系统包含避障、视频系统、导航系统、动力系统、通信系统、船体构造，作业系统包含测深系统、GNSS定位系统。无人船测量系统是整个无人船系统的核心，承担着水深测量和导航定位任务，整个测量系统主要由数字测深仪、姿态传感器、GNSS接收机、全角度摄像头及距离传感器等多种高精密传感设备。整个系统的导航定位采用GNSS-RTK动态差分定位原理，在岸基架设GNSS基准站接收GNSS卫星信号并将差分数据发送给无人船上安置的GNSS接收机，实现实时定位和导航功能。水深测量由安置在船上的数字测深仪完成，其基本原理是利用换能器将电能转换成声能并向水底发射。声能以回波的形式从水底返回，再通过换能器检测回波电能信号，从而计算出传播时间，根据声速和时间计算出水深，在屏幕显示出来，并且显示回波图形。
1.3无人船的特点
无人船用来进行水下地形测量作为水下地形测绘的一种方式，在很大程度上替代了传统的作业方式。自无人船问世以来，经过10多年技术的积累和发展，技术趋近成熟，船的航行已表现非常稳定，现无人船的发展逐步往智能方向靠拢。无人测量船以其轻便、小巧和高效等特点，深受测绘单位的喜爱。
1.4无人船的优点
无人船测量的最大优势是更加安全可靠，事故减少、高效及运行成本低，远程遥控和自动驾驶杜绝了人员伤亡事故。无人测量船具有船体小巧，携带方便，灵活性强和隐蔽性高，耐波性好，阻力小、速度快，航行稳等优点，可搭载先进的导航控制系统、可靠通信系统、高精度传感器系统和武器系统等不同功能模块，采用可拆卸模块化涵道式推进器设计，在防渔网、水草等杂物缠绕的优异性能之上，增添了维护方便，灵活更换的使用特性。螺旋桨采用直流无刷电机驱动，速度快，可靠性高。可搭载深测仪、ADCP、侧扫声呐等多种传感器，广泛使用于内河航道、水库、湖泊等区域的水下地形地貌以及水文测量。
2无人船在水下地形测量中的应用
2.1测量实例
以某地区河道为例，测量人员利用无人测量船测量了河道清污前后水下地形情况，并根据具体规定，准确计算出清污方量。该河道测量水下地形面积大约4.85km2，坐标系统为该市独立坐标系，Cass9.1地形地籍成图软件等被应用其中。作用其中的无人测量船有着较强的抗风浪性能，航行比较平稳，航行速度每秒可达到4m，吃水为40cm，适合浅水测量，搭载重量为18kg。
2.2水下地形测量中无人测量船的具体应用
2.2.1水下地形测量
在河道水下地形测量之前，测量人员需要做好各方面准备工作，仔细校对设备定位时间、启动水下地形测量软件、合理设置坐标系统等，避免无人测量船应用中出现反复测量问题。GNSS设备连接好之后，便可以开始测量，开启自动巡航模式，让无人船进入需要测量的水域，定位测点和测深。在该地区河道水下地形测量中，由于机器人智能控制技术作用到该无人测量船中，无人测量船可以根据之前测量人员设定好的航线，自动化走线或者换线测量水下地形。在应用无人测量船中，测量人员借助断面法测量该地区河道水下地形。这需要测量人员根据相关导航软件，结合该清污河道河段以及湖面具体情况，科学设置断面的计划线，垂直于水流方向，断面间距大于为21m。同时，在无人测量船在线测量过程中，测量船只必须处于直线以及匀速航行状态。如果需要改变河道测线，测量人员要控制好转弯速度，根据转向以及变速具体情况，恰当定位，每分钟的航向变化不能超过5°，摆动幅度不能太大。此外，在线测量过程中，测量人员要随时观察河道风浪高度，如果风浪不小于0.6m或者探测仪所记录的回声波形起伏数值比较大，必须及时停止在线测量，也包括无人测量船应用中出现的特殊状况，避免河道水下地形测量数据精确度受到影响。在线测量过程中，河道水下地形最浅点等漏测问题极易出现，这是因为在应用无人测量船过程中，河道测点间距都是测量之前设定好的。针对这种情况，在应用无人测量船中，测量人员需要高度重视内业整理环节，全方位准确把握测深仪探测记录的相关信号，明确特征点水深以及对应的三维坐标数据。
2.2.2处理水下地形测量数据和绘图
在编辑、校正外业测量数据之后，测量人员要借助专业测量软件，在合理计算的基础上修正水位，以日期为切入点，分类编排测绘的资料，整理并检校外业河道清污前后水下地形数据。随后，测量人员巧妙利用Cass9.1软件，根据河道水下地形绘制要求以及绘制方法，结合无人测量船作用下获取的信息数据，科学绘制该地区河道水下地形图，控制好等深线间距。绘制中的河道地形物符号要满足《水运工程测量规范》等要求，进行合理化绘制，科学编辑对应的技术报告。
2.2.3布置检查线和检查精准度
在应用无人测量船中，测量人员要把控好河道水上构筑物所处位置的检查线，要和主测深线垂直，长度不能小于主测深线，二者要在某位置相交，高程差值不能超过0.2m。同时，测量人员要根据《水运工程测量规范》，从不同方面入手仔细检查河道水下地形测量精准度，确保测量误差在规定范围内，为后续相关工作有序开展提供有力保障。
3结束语
利用无人船水下测量技术获取水下地形数据精度能够满足大比例尺地形图水下地形测量的精度要求，且在復杂水域条件下，能够大大降低测绘人员的劳动强度，成倍提高了外业测量效率，避免了外业人员水上作业的危险。随着无人船测量技术的不断成熟，将会得到更广泛应用。
参考文献：
[1]林永钢，骆旭佳，刘犀力.水下地形监测数据管理系统开发及应用[J].大坝与安全，2017（5）：22-25.
[2]杨明，杨兆祥，戴劲松.水下地形测量中前沿技术的应用研究[J].林业科技情报，2017，49（2）：122-125，132.
[3]陈良周，陈丽丽.智能无人测量船在河道水下地形测量中的应用研究[J].智能城市，2017，30（6）：199-200.
（作者单位：西安中纬地理信息技术有限公司）
关键词：无人船;水下地形测量;试验
1无人船测量系统和工作原理
1.1无人船定义
无人船是一种可以远程操控，也可以借助精确GNSS卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人，英文缩写为USA。
1.2无人船测量系统基本原理
无人船系统分为船体系统和作业系统，船体系统包含避障、视频系统、导航系统、动力系统、通信系统、船体构造，作业系统包含测深系统、GNSS定位系统。无人船测量系统是整个无人船系统的核心，承担着水深测量和导航定位任务，整个测量系统主要由数字测深仪、姿态传感器、GNSS接收机、全角度摄像头及距离传感器等多种高精密传感设备。整个系统的导航定位采用GNSS-RTK动态差分定位原理，在岸基架设GNSS基准站接收GNSS卫星信号并将差分数据发送给无人船上安置的GNSS接收机，实现实时定位和导航功能。水深测量由安置在船上的数字测深仪完成，其基本原理是利用换能器将电能转换成声能并向水底发射。声能以回波的形式从水底返回，再通过换能器检测回波电能信号，从而计算出传播时间，根据声速和时间计算出水深，在屏幕显示出来，并且显示回波图形。
1.3无人船的特点
无人船用来进行水下地形测量作为水下地形测绘的一种方式，在很大程度上替代了传统的作业方式。自无人船问世以来，经过10多年技术的积累和发展，技术趋近成熟，船的航行已表现非常稳定，现无人船的发展逐步往智能方向靠拢。无人测量船以其轻便、小巧和高效等特点，深受测绘单位的喜爱。
1.4无人船的优点
无人船测量的最大优势是更加安全可靠，事故减少、高效及运行成本低，远程遥控和自动驾驶杜绝了人员伤亡事故。无人测量船具有船体小巧，携带方便，灵活性强和隐蔽性高，耐波性好，阻力小、速度快，航行稳等优点，可搭载先进的导航控制系统、可靠通信系统、高精度传感器系统和武器系统等不同功能模块，采用可拆卸模块化涵道式推进器设计，在防渔网、水草等杂物缠绕的优异性能之上，增添了维护方便，灵活更换的使用特性。螺旋桨采用直流无刷电机驱动，速度快，可靠性高。可搭载深测仪、ADCP、侧扫声呐等多种传感器，广泛使用于内河航道、水库、湖泊等区域的水下地形地貌以及水文测量。
2无人船在水下地形测量中的应用
2.1测量实例
以某地区河道为例，测量人员利用无人测量船测量了河道清污前后水下地形情况，并根据具体规定，准确计算出清污方量。该河道测量水下地形面积大约4.85km2，坐标系统为该市独立坐标系，Cass9.1地形地籍成图软件等被应用其中。作用其中的无人测量船有着较强的抗风浪性能，航行比较平稳，航行速度每秒可达到4m，吃水为40cm，适合浅水测量，搭载重量为18kg。
2.2水下地形测量中无人测量船的具体应用
2.2.1水下地形测量
在河道水下地形测量之前，测量人员需要做好各方面准备工作，仔细校对设备定位时间、启动水下地形测量软件、合理设置坐标系统等，避免无人测量船应用中出现反复测量问题。GNSS设备连接好之后，便可以开始测量，开启自动巡航模式，让无人船进入需要测量的水域，定位测点和测深。在该地区河道水下地形测量中，由于机器人智能控制技术作用到该无人测量船中，无人测量船可以根据之前测量人员设定好的航线，自动化走线或者换线测量水下地形。在应用无人测量船中，测量人员借助断面法测量该地区河道水下地形。这需要测量人员根据相关导航软件，结合该清污河道河段以及湖面具体情况，科学设置断面的计划线，垂直于水流方向，断面间距大于为21m。同时，在无人测量船在线测量过程中，测量船只必须处于直线以及匀速航行状态。如果需要改变河道测线，测量人员要控制好转弯速度，根据转向以及变速具体情况，恰当定位，每分钟的航向变化不能超过5°，摆动幅度不能太大。此外，在线测量过程中，测量人员要随时观察河道风浪高度，如果风浪不小于0.6m或者探测仪所记录的回声波形起伏数值比较大，必须及时停止在线测量，也包括无人测量船应用中出现的特殊状况，避免河道水下地形测量数据精确度受到影响。在线测量过程中，河道水下地形最浅点等漏测问题极易出现，这是因为在应用无人测量船过程中，河道测点间距都是测量之前设定好的。针对这种情况，在应用无人测量船中，测量人员需要高度重视内业整理环节，全方位准确把握测深仪探测记录的相关信号，明确特征点水深以及对应的三维坐标数据。
2.2.2处理水下地形测量数据和绘图
在编辑、校正外业测量数据之后，测量人员要借助专业测量软件，在合理计算的基础上修正水位，以日期为切入点，分类编排测绘的资料，整理并检校外业河道清污前后水下地形数据。随后，测量人员巧妙利用Cass9.1软件，根据河道水下地形绘制要求以及绘制方法，结合无人测量船作用下获取的信息数据，科学绘制该地区河道水下地形图，控制好等深线间距。绘制中的河道地形物符号要满足《水运工程测量规范》等要求，进行合理化绘制，科学编辑对应的技术报告。
2.2.3布置检查线和检查精准度
在应用无人测量船中，测量人员要把控好河道水上构筑物所处位置的检查线，要和主测深线垂直，长度不能小于主测深线，二者要在某位置相交，高程差值不能超过0.2m。同时，测量人员要根据《水运工程测量规范》，从不同方面入手仔细检查河道水下地形测量精准度，确保测量误差在规定范围内，为后续相关工作有序开展提供有力保障。
3结束语
利用无人船水下测量技术获取水下地形数据精度能够满足大比例尺地形图水下地形测量的精度要求，且在復杂水域条件下，能够大大降低测绘人员的劳动强度，成倍提高了外业测量效率，避免了外业人员水上作业的危险。随着无人船测量技术的不断成熟，将会得到更广泛应用。
参考文献：
[1]林永钢，骆旭佳，刘犀力.水下地形监测数据管理系统开发及应用[J].大坝与安全，2017（5）：22-25.
[2]杨明，杨兆祥，戴劲松.水下地形测量中前沿技术的应用研究[J].林业科技情报，2017，49（2）：122-125，132.
[3]陈良周，陈丽丽.智能无人测量船在河道水下地形测量中的应用研究[J].智能城市，2017，30（6）：199-200.
（作者单位：西安中纬地理信息技术有限公司）