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无人船在水下地形测量中是怎样应用的?
作者:    时间: 2019-08-28    浏览量:1165
随着社会的发展,地理信息数据在国民经济发展、政府规划决策、人民日常出行中扮演越来越重要的角色。陆地地理信息数据的获取,随着光学测量,卫星定位系统,无人机摄影测量,三维激光扫描等技术在陆地地理信息数据的广泛应用和发展,陆地地理信息数据的获取越来越简单,定位精度越来越精确,地物信息越来越丰富。而水下地形数据的获取,却有些迟滞不前。水域测量传统的作业方式是有人船搭载测深仪和RTK进行测量。浅滩,近岸,滩涂地区,直接人工RTK进行测量。


水域测量传统作业方式:测深仪+rtk


传统水下地形测量作业方式有以下几个问题:
1、由于有人船的吃水问题,一些浅滩,滩涂无法到达,导致无法保证水域的全覆盖测量;
2、有人船测量时,很难保证船体稳定,易产生晃动移位,导致测量精度降低和位置偏移;
3、某些复杂环境,对船和人有危险,安全性得不到保证;
4、有人船或者人工涉水测量,容易造成测量区域漏测,少测。

传统水下测量作业方式存在上述这些问题,无人船测量系统在这种背景下应运而生了。本文详细介绍利用福德正神华微3号无人船测量系统GNSS RTK系统对天津市宁河区某地区4.5平方公里鱼塘水域水下地形测量。

测区概况
测区长约3km,宽约1.5km,测区面积约4.5km²。测区内分布大大小小鱼塘30几个,大一些的鱼塘面积0.2-0.3km²,一般的鱼塘面积在0.1-0.15km²左右。鱼塘内水深较浅,平均水深在2米左右,最浅的地区只有30-50厘米。
如果使用有人船测量,搬船迁站都很困难,水浅区域也无法测量。使用简易橡皮筏子,测量效率低,人员安全也是问题。华微3号无人船,体积小,重量轻,吃水浅,携带运输方便,结合RTK可进行无验潮水下地形测量,为本次测区水下地形成果的成功交付发挥了至关重要的作用。测区概况见下图:

天津市宁河区某地区4.5平方公里鱼塘水域水下地形测量

无人测量船系统
华微3号无人测量船,是基于无人驾驶遥控船为载体,集成了控制系统,动力推进系统,无线通讯系统,卫星定位导航系统,测深系统等,可快速,精确地获取水下地形数据,可广泛应用于中小河流,湖泊,水库,港湾,近海区域测量或测速工作。

福德正神平台华微3号无人船

华微3号总长1米,自重只有7KG。6m/s的最大速度,3m/s的自动导航速度,手动自动两种模式切换,根据不同的工作环境,可以选择合适的操作方式。最高航速6m/s,续航时间6小时。通信系统主要由无人船数据传输天线,网桥和遥控器组成。
测量数据由无人船传输天线经网桥传输到地面工作站中,无人船工作过程中可实时通过地面工作站和遥控器进行控制。GNSS RTK卫星定位系统和测深仪,组成一套完整的水下地形测量系统。

GNSS RTK基准站(登录CORS模式可不用架设)
GNSS RTK基准站(登录CORS模式可不用架设)
无人船测量系统(无人船载体+RTK+测深仪)
无人船测量系统(无人船载体+RTK+测深仪)

地面工作站和网桥架设
地面工作站和网桥架设

水下地形测量
1、布设控制点
在整个测区做六个控制点,使用福德正神X9 GNSS RTK,登录TJ-CORS,依次测量六个控制点。每个控制点,观测180秒,观测三次,取平均数后获取每个控制点的WGS84经纬度坐标。六个控制点采集完成后,把六个控制点WGS84经纬度坐标发送给CORS中心。CORS中心解算后发回六个控制点的天津90平面坐标和2015年大沽高程。


控制点在测区的分布图

控制点在测区的分布图
RTK测量控制点
RTK测量控制点

2、架设基准站,求坐标转换参数
打开RTK手簿,利用下图六个控制点进行点校正,计算出坐标系转换参数。架设基站,移动站采集控制点,验证精度。

控制点坐标
控制点坐标
RTK基准站架设
基准站架设

3、设备联通及测试
架设无人船网桥和地面工作站,将GNSS RTK移动站安装在无人船上,无人船开机后,查看GPS定位模块和两个舵机是否工作正常。然后将无人船下水,地面工作站打开无人船测深仪换能器,通过水深软件查看是否有水深数据。打开导航测图软件,建立工程项目,连通RTK和测深仪,设置船体吃水深度,将RTK手簿坐标系参数输入进去。准备工作完成后,查看坐标数据与手簿坐标是否一致。


无人船下水

无人船下水
水深数据显示
水深数据显示
导航软件查看无人船定位状态
导航软件查看无人船定位状态

4、手动圈边界和自动规划航线
使用遥控器,控制无人船按照鱼塘水域跑一圈,圈定无人船自动测量的范围。地面工作站,根据测区范围规划无人船自动测量的航线。

手动测量圈的鱼塘边界
手动测量圈的鱼塘边界
规划航线
规划航线

5、无人船按照规划航线自动航行测量


无人船自动航行工作模式

无人船自动航行工作模式

6、成果后处理
(1)水深取样
将测量完的数据按照成果要求,进行采样。采样前,将数据做平滑处理或者参考波形图文件做参考处理。最后根据项目需求,选择合适的采样间隔。

水深点采样界面
水深点采样界面

(2)导出成果
经过后处理,测量成果可以导出为需要的格式

导出成果

(3)成果展示

水下地形三维模式展示
三维模式展示
谷歌地球格式
谷歌地球格式


(4)无人船自动测量与人工RTK测量数据比较

无人船自动测量与人工RTK测量数据比较

所有测量数据在CASS软件中展点后效果图

所有测量数据在CASS软件中展点后效果图

文章授权转载于天成华海版权归原作者所有

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