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摘要：当前水下测量工作变得十分重要，伴随科技的发展，无人艇、无人机等先进设备在测量作业中的应用，水深测量进入了多样化的作业模式，多种测量技术相融合、多种作业模式相互保障的特点。过去传统的测量方法存在浅水区域船只难以进入、外业作业工作量大、船只进入现场污染环境等问题。使用无人船测量与传统的船舶相比，减少了对船员的依赖，更加灵活便捷的进行测量作业，减少了作业所投入的人员和成本，更加可以很好的应对上述情况。将声呐测深、GNSS RTK技术结合到一起，就能定位测量获得水底的河床高程情况，精度甚至能够控制在厘米等级，提高作业效果与效率，控制作业成本与周期。本文结合了無人测量船实施检测时的原理以及其流程来展开介绍，同时综合了实例的实践性，在此基础上叙述在实际开展作业中的具体过程及方式。
关键词：无人船;测量系统;水下地形;测量工作
前言：无人船测量系统是当下测量领域的一项智能化测量技术，该技术可更加高效性的将自动避障、声呐测深、精准定位以及实时通讯等诸多智能性的科技信息技术合并和整合运用，确保了无人船不论是处于何种环境下作业都能够稳定和有保障的展开水下测量任务。对于普通性的GNSS导航设施以及相应的探测系统，我们仅需实施相关的作业指令编辑就行，就可以针对不同种类的水域或者水下地形展开有保障性和稳定性的探测，比如说在对河道实施清理方面，或者是对于水环境治理工作中的对水质进行采样监测工作方面，以及在水文水利领域展开测流工作当中，都可以应用到拥有智能性能的无人船科技方法实施有效探测，且在实践探测作业中可全面发挥出其实际的效用性，作业同时也规避了因人为操作而引发的探测隐患，更为操作者给予充分的安全作业条件。
1、无人船概述及其测量特点
载人船与无人船展开比较，前者体积明显偏大些，而且开展水下探测作业时也会因此而致使船体发生吃水深等方面的影响，并且在对于浅滩或靠近岸边等水域展开测量时不能保证其精确性，导致在探测作业时发生测量范围受限的影响。然而，在应用无人船展开探测时却充分显现出诸多载人船无法具备的特征和优点。在无人船开展自动化探测工作期间，能够深入水域下对各类型的地形探测，对于存在危险的水域也能实现探测操作，比如说海湾、大型水库等区域，因此可见其应用是十分广泛的，在探测同时也保障了测量者人身安全性。就具备测量功能的船舶系统来说，其主要是RTK基站、岸基数据接收系统、岸基控制系统所构成;软件主要由Auto Planner、Hydro Survey组成。
通过无人船来开展水下探测的操作是当代科技趋势下的一类新型方式，通过多年来努力发展和各项新型信息技术的结合发展与应用，智能探测操作中的技术实用能力也在提高，如今的无人船探测作业技术也越发进步和具备先进化，在其航行同时应用探测功能也越来越稳定、准确，可见其实践应用的智能性能越发提高了。随着其特征和优点的逐渐被认可和应用不断深入前景下，逐渐也就替代了以往的载人船探测模式，且应用范围也越发广泛。
在无人船探测的实践工作中可发现其拥有可靠、稳定、安全且成本偏低的特征，因为在探测环节不需要载人操作，所以探测环节也有效规避了安全相关的事故发生率。另外，由于本身体积偏小，具备携带便捷和操作灵活的优点，在配备了科技通讯设施和传感系统的条件下，更加提高了整体探测操作的性能和工作质量，致使所获得的数据信息也更加准确，且在信息处理和传输方面也很高效;在探测时遇上障碍物时也能灵敏躲避，充分展现自身智能性能和高效工作能力。
展开水下探测操作期间，其前期准备事项也要重视、必不可少。预先对定位时间进行调整、修正，对应用软件的性能和系统的精度也要提前调试和复核，以减少在实践测量时所引发的一些设备和系统问题，更避免了因此而导致的探测误差发生概率。确保GNSS设备有序接通，随后便能够真正的启动测量作业，通过无人船驶入指定水域并展开测点与测深操作。加上智能控制技术的有效融合可以对探测水域进行预先的航路设置，便于整体测量工作实效性的提升。
2、技术介绍
针对无人船展开测量期间的各个环节不难发现，该方法在实践应用中融合了比较多的先进科技和领先技术，主要有GPS定位、智能导航、声呐测深、实时通信、自动避障。能够准确、快速的采集与测量行走区域的水质、流速、水深、位置情况。在中小河流、内陆水库与湖泊中有着很好的使用效果。该技术中，无人船是技术载体，测量对象为海岸、港湾、湖泊、河道以及水库。使用GNSS接收机准确定位平面位置，船身搭载了高精度传感器，使用远距离遥控无线控制方法，能够实时获得水底数据情况。能够获得水文、水质、地貌以及水下地形信息。
该技术由岸基控制系统以及遥控无人船测量子系统，一共两个系统组成。无人船的测量系统包括无线传输、CCD摄像头、GNSS定位、陀螺仪、ADCP、波束测深仪（有的是单波束，有的是多波束）、船只控制、电源、动力等诸多系统。岸基控制系统有着交互式操作界面，使用无线传输回馈的数据，分析与处理船只当前的情况，甚至可以调整船只的行动轨迹，手动测量走线，并将得到的数据绘制为图像。
2.1测深仪
以往在无人船上设置与安装一体化的测深仪，当远离岸边后则不能再进行测深仪的操作，也无法实时针对所测量的深度和相关的信息查看以及不能信号传递的问题。测深控制以及软件参数调整，需要无人船回到岸边以后才能处理操作。随着科学技术的发展，现在应用在水深测量上的无人测量船，搭载分体测深仪，岸边就能远程遥控和操作，软硬件的分离，避免了进行测深仪设置时需要频繁让船只进水、出水。
2.2 GNSS RTK
该技术为载波相位观测值实时动态定位，可实时呈现制定坐标系三维定位结果，可精确至厘米。作业期间，基站使用数据将测站的坐标信息、观测值发给流动站。流动站除了能够用数据链获得基准站数据以外，还能采集获得GPS观测数据。系统内部组成差分观测值实时处理，精准定位，时间可以控制在1秒以内。 测量的时候只需要使用4个甚至更多卫星的相位观测值，就可以绘制图形，流动站能够随时随地给工作人员提供厘米级别的定位数据结果。
GNSS导航可以促使和保障无人船在测量以及其自动运行与行驶中所获得数据信息精准。使用GNSS RTK就能获得厘米级别的精度，精准导航。可在岸上设置并构建基准站，以此来获取差分信号，随后便通过电台发射。无人船移动站获得差分信号，随后对信号解算，就能使用所获得的位置信息。
2.3原理
测深系统中，无人船是技术载体，集成了CDD相机、传感器、测深仪、GNSS等设备。使用岸基系统接收、处理数据，使用换能器往水里发射脉冲声波。声波到达水底之后，折射、透射、散射。所反射回的信号最终可被换能器收获，且是以数字介质形式实施了记录，也有模拟记录共同呈现。所采集的水深数据是仪器根据声波发射后与接收到反射波两个时间的差值和声波在水中传递速度（声速）来计算的：
D1=（C×T ）/2
本公式中D1为声呐探头与海床之间的深度;C为声速在水体中传播速度值;T为声波的双程时间。
上述水深D1中加上换能器的吃水深度D2和潮位改正值D3，即得到实际的水深值D
D=D1+D2+D3
使用GPS-RTK测量，对船体的姿态进行修改。也可以采用专门的测量作业软件接入姿态仪进行数据修正。采样速率和延迟：目前所用的GPS设备在RTK方式下的输出率都可以达到二十赫兹，而测深设备的输出率每个仪器厂商的差别较大，数据传输所需时间也有所不同。故而，在针对定位数据以及对水深数据开展采集时刻的时间方面存在着一定的定位延迟状况。但是两个设备的采集时间误差可以在设备的延迟校正中进行改正。
2.4流程
流程如图1所示。
3、实例分析
3.1数据
某测量区域，面积0.42km2大小，内有3个水库，使用无人船测量水底的地面高程。数据的采集，靠的是手动遥控。总检测时间3.6小时，无人船运行时间2.6小时，筛选测点1578个。
3.2施测方式
作业前，提前设置好坐标参数以及软件投影。之后检查笔记本、测深仪等仪器，保障设备没有问题。之后观察测量区域的风浪情况，并在该环节拟定无人船的行进路线。因为本次检测的区域有着不规则的形状，有些地区水草茂盛，所以测量方式用的是手动远程操作航行方法。
在无人船入水进行测量期间，相关的操作人员需要站立于较为开阔的区域，便于其手动操作和促使无人船依据所设定的航线来行驶。每隔4米展开一次坐标数据和水深采样。
结束数据采集以后回收无人船，并前往下一个水库测量数据。
结束所有的采样测量工作后，导出数据，整理内业并绘制图像。
3.3试验优缺点
采样数据为1号水库：576个采样点，用时1.3小时，2号水库，421个采样点，用时0.9小时，3号水库581个采样点，用时1.4小时。
本次试验中，与人工检测方法相比，优点包括下述内容：
传统方法的船只很难移动，转场困难，甚至需要大量人力合作。无人船比较轻便，很容易操作，即便2个人就能搬走换到下一个地点操作。在浅滩区域检测中，船只容易搁浅，所以过去采用的是人工测杆测量水深的检测方法，投入比较多的时间。无人船拥有着下水便利，船体较轻因此吃水浅等特征。
无人船可以提前规划好航行路线自动航行或是远程操控航行。不需要人员上船，没有安全隐患。
通过人工测量形式所采集获得的数据存在着准度度较低且同步性较差等特点，而无人船测量形式则可以实现实时性的采集，且在获得数据信息同时也实现了高度的准确性与同步性。
无人船能够设置时间间隔，在同样的间隔时间中采样，代表性比较好。无人船可以进入更广阔的水域采样，成本低于人工检测。
4、应用无人船测量的优化建议
在对于水域实施探测环节中，需对岸基系统充分重视和及时优化，确保系统控制能夠与无人船的智能系统快捷完成信息传达、交换，以保障探测操作的实效性，可以对其实施科学化的管理和逐渐提升操作水准，在智能化融合条件下促使数据信息的完整、准确和实时传达。对于测量环节或信息传送途中所遇的问题点要及时记载、分析和优化，以保证在后期探测环节达到更为理想的效果。
结论：
总之，通过无人船实施水下探测拥有十分好的效果。无人船测量稳定性好、精度高。使用无人船能够填补当前载人船舶在浅水区域无法进行测深作业的空白，自动化、高效益、高精度测量。
参考文献
[1]关雷，郑宝华，赵琳，勾昆，袁红.浅析无人船在水下地形测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2019，42（11）：202-204.
[2]钱辉，舒国栋，王露.无人船测深系统在潮间带地形测量中的应用[J].水利水电快报，2019，40（10）：19-20+41.
[3]罗旭，石明旺.无人船测量系统在河道水下地形测量中的应用[J].城市勘测，2020，（4）：164-167.
[4]徐启恒，张新长，黄滢冰等.单波束无人船一体化水下地形建模及辅助分析[J].地理信息世界，2016（23）：62～66
上海铁新地理信息有限公司 上海 201824
关键词：无人船;测量系统;水下地形;测量工作
前言：无人船测量系统是当下测量领域的一项智能化测量技术，该技术可更加高效性的将自动避障、声呐测深、精准定位以及实时通讯等诸多智能性的科技信息技术合并和整合运用，确保了无人船不论是处于何种环境下作业都能够稳定和有保障的展开水下测量任务。对于普通性的GNSS导航设施以及相应的探测系统，我们仅需实施相关的作业指令编辑就行，就可以针对不同种类的水域或者水下地形展开有保障性和稳定性的探测，比如说在对河道实施清理方面，或者是对于水环境治理工作中的对水质进行采样监测工作方面，以及在水文水利领域展开测流工作当中，都可以应用到拥有智能性能的无人船科技方法实施有效探测，且在实践探测作业中可全面发挥出其实际的效用性，作业同时也规避了因人为操作而引发的探测隐患，更为操作者给予充分的安全作业条件。
1、无人船概述及其测量特点
载人船与无人船展开比较，前者体积明显偏大些，而且开展水下探测作业时也会因此而致使船体发生吃水深等方面的影响，并且在对于浅滩或靠近岸边等水域展开测量时不能保证其精确性，导致在探测作业时发生测量范围受限的影响。然而，在应用无人船展开探测时却充分显现出诸多载人船无法具备的特征和优点。在无人船开展自动化探测工作期间，能够深入水域下对各类型的地形探测，对于存在危险的水域也能实现探测操作，比如说海湾、大型水库等区域，因此可见其应用是十分广泛的，在探测同时也保障了测量者人身安全性。就具备测量功能的船舶系统来说，其主要是RTK基站、岸基数据接收系统、岸基控制系统所构成;软件主要由Auto Planner、Hydro Survey组成。
通过无人船来开展水下探测的操作是当代科技趋势下的一类新型方式，通过多年来努力发展和各项新型信息技术的结合发展与应用，智能探测操作中的技术实用能力也在提高，如今的无人船探测作业技术也越发进步和具备先进化，在其航行同时应用探测功能也越来越稳定、准确，可见其实践应用的智能性能越发提高了。随着其特征和优点的逐渐被认可和应用不断深入前景下，逐渐也就替代了以往的载人船探测模式，且应用范围也越发广泛。
在无人船探测的实践工作中可发现其拥有可靠、稳定、安全且成本偏低的特征，因为在探测环节不需要载人操作，所以探测环节也有效规避了安全相关的事故发生率。另外，由于本身体积偏小，具备携带便捷和操作灵活的优点，在配备了科技通讯设施和传感系统的条件下，更加提高了整体探测操作的性能和工作质量，致使所获得的数据信息也更加准确，且在信息处理和传输方面也很高效;在探测时遇上障碍物时也能灵敏躲避，充分展现自身智能性能和高效工作能力。
展开水下探测操作期间，其前期准备事项也要重视、必不可少。预先对定位时间进行调整、修正，对应用软件的性能和系统的精度也要提前调试和复核，以减少在实践测量时所引发的一些设备和系统问题，更避免了因此而导致的探测误差发生概率。确保GNSS设备有序接通，随后便能够真正的启动测量作业，通过无人船驶入指定水域并展开测点与测深操作。加上智能控制技术的有效融合可以对探测水域进行预先的航路设置，便于整体测量工作实效性的提升。
2、技术介绍
针对无人船展开测量期间的各个环节不难发现，该方法在实践应用中融合了比较多的先进科技和领先技术，主要有GPS定位、智能导航、声呐测深、实时通信、自动避障。能够准确、快速的采集与测量行走区域的水质、流速、水深、位置情况。在中小河流、内陆水库与湖泊中有着很好的使用效果。该技术中，无人船是技术载体，测量对象为海岸、港湾、湖泊、河道以及水库。使用GNSS接收机准确定位平面位置，船身搭载了高精度传感器，使用远距离遥控无线控制方法，能够实时获得水底数据情况。能够获得水文、水质、地貌以及水下地形信息。
该技术由岸基控制系统以及遥控无人船测量子系统，一共两个系统组成。无人船的测量系统包括无线传输、CCD摄像头、GNSS定位、陀螺仪、ADCP、波束测深仪（有的是单波束，有的是多波束）、船只控制、电源、动力等诸多系统。岸基控制系统有着交互式操作界面，使用无线传输回馈的数据，分析与处理船只当前的情况，甚至可以调整船只的行动轨迹，手动测量走线，并将得到的数据绘制为图像。
2.1测深仪
以往在无人船上设置与安装一体化的测深仪，当远离岸边后则不能再进行测深仪的操作，也无法实时针对所测量的深度和相关的信息查看以及不能信号传递的问题。测深控制以及软件参数调整，需要无人船回到岸边以后才能处理操作。随着科学技术的发展，现在应用在水深测量上的无人测量船，搭载分体测深仪，岸边就能远程遥控和操作，软硬件的分离，避免了进行测深仪设置时需要频繁让船只进水、出水。
2.2 GNSS RTK
该技术为载波相位观测值实时动态定位，可实时呈现制定坐标系三维定位结果，可精确至厘米。作业期间，基站使用数据将测站的坐标信息、观测值发给流动站。流动站除了能够用数据链获得基准站数据以外，还能采集获得GPS观测数据。系统内部组成差分观测值实时处理，精准定位，时间可以控制在1秒以内。 测量的时候只需要使用4个甚至更多卫星的相位观测值，就可以绘制图形，流动站能够随时随地给工作人员提供厘米级别的定位数据结果。
GNSS导航可以促使和保障无人船在测量以及其自动运行与行驶中所获得数据信息精准。使用GNSS RTK就能获得厘米级别的精度，精准导航。可在岸上设置并构建基准站，以此来获取差分信号，随后便通过电台发射。无人船移动站获得差分信号，随后对信号解算，就能使用所获得的位置信息。
2.3原理
测深系统中，无人船是技术载体，集成了CDD相机、传感器、测深仪、GNSS等设备。使用岸基系统接收、处理数据，使用换能器往水里发射脉冲声波。声波到达水底之后，折射、透射、散射。所反射回的信号最终可被换能器收获，且是以数字介质形式实施了记录，也有模拟记录共同呈现。所采集的水深数据是仪器根据声波发射后与接收到反射波两个时间的差值和声波在水中传递速度（声速）来计算的：
D1=（C×T ）/2
本公式中D1为声呐探头与海床之间的深度;C为声速在水体中传播速度值;T为声波的双程时间。
上述水深D1中加上换能器的吃水深度D2和潮位改正值D3，即得到实际的水深值D
D=D1+D2+D3
使用GPS-RTK测量，对船体的姿态进行修改。也可以采用专门的测量作业软件接入姿态仪进行数据修正。采样速率和延迟：目前所用的GPS设备在RTK方式下的输出率都可以达到二十赫兹，而测深设备的输出率每个仪器厂商的差别较大，数据传输所需时间也有所不同。故而，在针对定位数据以及对水深数据开展采集时刻的时间方面存在着一定的定位延迟状况。但是两个设备的采集时间误差可以在设备的延迟校正中进行改正。
2.4流程
流程如图1所示。
3、实例分析
3.1数据
某测量区域，面积0.42km2大小，内有3个水库，使用无人船测量水底的地面高程。数据的采集，靠的是手动遥控。总检测时间3.6小时，无人船运行时间2.6小时，筛选测点1578个。
3.2施测方式
作业前，提前设置好坐标参数以及软件投影。之后检查笔记本、测深仪等仪器，保障设备没有问题。之后观察测量区域的风浪情况，并在该环节拟定无人船的行进路线。因为本次检测的区域有着不规则的形状，有些地区水草茂盛，所以测量方式用的是手动远程操作航行方法。
在无人船入水进行测量期间，相关的操作人员需要站立于较为开阔的区域，便于其手动操作和促使无人船依据所设定的航线来行驶。每隔4米展开一次坐标数据和水深采样。
结束数据采集以后回收无人船，并前往下一个水库测量数据。
结束所有的采样测量工作后，导出数据，整理内业并绘制图像。
3.3试验优缺点
采样数据为1号水库：576个采样点，用时1.3小时，2号水库，421个采样点，用时0.9小时，3号水库581个采样点，用时1.4小时。
本次试验中，与人工检测方法相比，优点包括下述内容：
传统方法的船只很难移动，转场困难，甚至需要大量人力合作。无人船比较轻便，很容易操作，即便2个人就能搬走换到下一个地点操作。在浅滩区域检测中，船只容易搁浅，所以过去采用的是人工测杆测量水深的检测方法，投入比较多的时间。无人船拥有着下水便利，船体较轻因此吃水浅等特征。
无人船可以提前规划好航行路线自动航行或是远程操控航行。不需要人员上船，没有安全隐患。
通过人工测量形式所采集获得的数据存在着准度度较低且同步性较差等特点，而无人船测量形式则可以实现实时性的采集，且在获得数据信息同时也实现了高度的准确性与同步性。
无人船能够设置时间间隔，在同样的间隔时间中采样，代表性比较好。无人船可以进入更广阔的水域采样，成本低于人工检测。
4、应用无人船测量的优化建议
在对于水域实施探测环节中，需对岸基系统充分重视和及时优化，确保系统控制能夠与无人船的智能系统快捷完成信息传达、交换，以保障探测操作的实效性，可以对其实施科学化的管理和逐渐提升操作水准，在智能化融合条件下促使数据信息的完整、准确和实时传达。对于测量环节或信息传送途中所遇的问题点要及时记载、分析和优化，以保证在后期探测环节达到更为理想的效果。
结论：
总之，通过无人船实施水下探测拥有十分好的效果。无人船测量稳定性好、精度高。使用无人船能够填补当前载人船舶在浅水区域无法进行测深作业的空白，自动化、高效益、高精度测量。
参考文献
[1]关雷，郑宝华，赵琳，勾昆，袁红.浅析无人船在水下地形测量中的应用[J].测绘与空间地理信息，2019，42（11）：202-204.
[2]钱辉，舒国栋，王露.无人船测深系统在潮间带地形测量中的应用[J].水利水电快报，2019，40（10）：19-20+41.
[3]罗旭，石明旺.无人船测量系统在河道水下地形测量中的应用[J].城市勘测，2020，（4）：164-167.
[4]徐启恒，张新长，黄滢冰等.单波束无人船一体化水下地形建模及辅助分析[J].地理信息世界，2016（23）：62～66
上海铁新地理信息有限公司 上海 201824