无人船水下测量系统及水下测量实验分析

《无人船水下测量系统及水下测量实验分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、2016年10月城市勘测Oct．2016第5期UrbanGeotechnicalInvestigation＆SurveyingNo．5文章编号:1672－8262(2016)05－151－04中图分类号:P229.5，P258文献标识码:B无人船水下测量系统及水下测量实验分析*陈立波，罗正龙，汪嵩(宁波市测绘设计研究院，浙江宁波315042)摘要:针对水下测量较之于常规陆地测量存在诸多困难的情况，本文采用基于GPS测量技术的无人船测量系统进行水下测量，主要介绍了无人船测量系统的功能，水深测量和水下地形测绘的原理。通过对该设备的应用和

2、测量实验结果的分析，表明该技术具有高度无人化、自动化和智能化，能有效提高水下测量效率。获取的水下地形数据精度较高，同时保障了测量人员的人身安全，具有较好的水下测量应用前景。关键词:GPS测量;无人船测量系统;水深测量;水下地形测绘1引言体靠前的位置安装了两个摄像头和距离传感器，无人［1］船航行途中，操作人员能在岸上的监视器上实时查看水下测量根据测区类型可以分为海洋测量和内陆水域测量［2］，无论以上哪一种测量，水下测量都存在无人船前方的情况，前方一旦遇到障碍物，距离传感器陆上测量难以克服的困难。首先是被测对象不可见，能实时把距离信息传

3、送给智能芯片，后者根据设定的其次是水面的不稳定性，这些都导致水下测量误差较安全距离实现智能避障，不需要人工操作，大大提高了常规陆上测量大，甚至是测不准。水下测量通常采用无人船自主航行的安全性。的方法是通过船只从水面测量水下地形地貌;为了克服水面的不稳定性，也有涉水测量的方法，但是无论是船只或涉水测量，人员的风险性都较大。基于以上原因，本文采用了无人船测量系统进行水下测量。它集成了卫星定位、无人船智能导航控制、实时通讯等众多先进技术，提供了高精度、智能化、无人化、集成化、机动化、网络化的水下测量解决方案，有效提高了水下测量的数学精度，

4、同时减少了工作人员的涉水风险。2无人船水下测量系统2.1系统组成及其功能图1无人船测量系统示意图无人船水下测量系统由无人船平台、自动导航模［3］块、声呐探测模块、GPS定位模块、外围传感模块、岸基操控终端、无人船专用软件等组成(如图1所示)。［4，5］其主要测量原理是声呐测深和GPS定位相结合，从而测定水下特征点的平面坐标和高程。该系统同时还具备以下功能:(1)具备自主导航功能。该无人船体内安装了一枚智能芯片，可以根据上传的航线坐标信息与GPS实时动态获取的坐标信息进行比对，实时调整无人船航向，实现了无人船的自动航行，航线追踪能力强

5、。图2无人船障碍物探测避让及仪器操作界面(2)具备智能避障功能(如图2所示)。在无人船*收稿日期:2016—05—12作者简介:陈立波(1983—)，男，工程师，主要从事工程测绘和摄影测量与遥感。152城市勘测2016年10月(3)具备实时通信功能。本系统配备了高性能数大，甚至超限，这在使用过程中需要注意。据传输模块和实时图传模块，实现了船岸数据的实时通讯。船岸数据能实现10km范围内的点对点射频通讯。船上的摄像设备和数据获取设备能实时把数据传到岸上的工作站，同时岸上的工作站根据需要可以实时发送无人船操作指令，实时调整船只航行轨迹。

6、(4)具备平稳、持久的航行能力。该无人船硬件系统也作了一些相应改进，比如把常规的单体设计改造成了三体设计，使得无人船重心更加低，抗风浪能力更加强，船只运行更加平稳。另外提供了高容量锂聚合物电池，可靠性和供电能力大大加强，单块电池能连续工作1h，有效提高了野外工作效率。2.2系统测量原理图4无人船测量误差原理示意图［6～8］［9］系统主要集成了GPS设备、声呐设备和无以上是单波束声呐的情况，该情况下获取的水底人船设备(图3)。其测量原理如下:当声呐测定水下地形数据较为离散，为获取更加密集的地形数据，需要O1点深度h1的时候，装载在船上

7、的GPS设备同时测加密航线。当然，可以根据实际需要把单波束声呐更得船表面O4点的平面坐标X、Y和高程值H(O1、O2、换成多波束声呐或侧扫声呐，这样就能提高单航线下O3和O4在同一竖直轴线上)。那么水底O1点的高程的工作效率，但是同时带来数据转换和处理的困难。值H1可以通过式(1)计算获得。本文试验所用的设备为单波束声呐，因此不对其他情况展开讨论。3水下测量试验3.1数据采集2本次试验地点选在了一处面积约为3500m的开阔鱼塘。测量当天水面平静，水面风浪对测量精度的影响基本可以忽略。数据采集过程中分别试验了手动遥控和自动航行两种模式

8、(如图5所示)，无人船运行约40min，共采集水底特征点1000多个。图3无人船测量原理示意图H1=H－h1－h2－h3(1)其中h2和h3是已知参数。而O1和O4的平面坐标一致，为X和Y，这样我们就获得了水底O1点的三维坐标。由于水