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無人船在水下地形測量中是怎樣應用的?-華測導航

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無人船在水下地形測量中是怎樣應用的?
作者:    時間: 2019-08-28    瀏覽量:1716
隨著社會的發展,地理信息數據在國民經濟發展、政府規劃決策、人民日常出行中扮演越來越重要的角色。陸地地理信息數據的獲取,隨著光學測量,衛星定位系統,無人機攝影測量,三維激光掃描等技術在陸地地理信息數據的廣泛應用和發展,陸地地理信息數據的獲取越來越簡單,定位精度越來越精確,地物信息越來越豐富。而水下地形數據的獲取,卻有些遲滯不前。水域測量傳統的作業方式是有人船搭載測深儀和RTK進行測量。淺灘,近岸,灘涂地區,直接人工RTK進行測量。


水域測量傳統作業方式:測深儀+rtk


傳統水下地形測量作業方式有以下幾個問題:
1、由于有人船的吃水問題,一些淺灘,灘涂無法到達,導致無法保證水域的全覆蓋測量;
2、有人船測量時,很難保證船體穩定,易產生晃動移位,導致測量精度降低和位置偏移;
3、某些復雜環境,對船和人有危險,安全性得不到保證;
4、有人船或者人工涉水測量,容易造成測量區域漏測,少測。

傳統水下測量作業方式存在上述這些問題,無人船測量系統在這種背景下應運而生了。本文詳細介紹利用華測華微3號無人船測量系統GNSS RTK系統對天津市寧河區某地區4.5平方公里魚塘水域水下地形測量。

測區概況
測區長約3km,寬約1.5km,測區面積約4.5km2。測區內分布大大小小魚塘30幾個,大一些的魚塘面積0.2-0.3km2,一般的魚塘面積在0.1-0.15km2左右。魚塘內水深較淺,平均水深在2米左右,最淺的地區只有30-50厘米。
如果使用有人船測量,搬船遷站都很困難,水淺區域也無法測量。使用簡易橡皮筏子,測量效率低,人員安全也是問題。華微3號無人船,體積小,重量輕,吃水淺,攜帶運輸方便,結合RTK可進行無驗潮水下地形測量,為本次測區水下地形成果的成功交付發揮了至關重要的作用。測區概況見下圖:

天津市寧河區某地區4.5平方公里魚塘水域水下地形測量

無人測量船系統
華微3號無人測量船,是基于無人駕駛遙控船為載體,集成了控制系統,動力推進系統,無線通訊系統,衛星定位導航系統,測深系統等,可快速,精確地獲取水下地形數據,可廣泛應用于中小河流,湖泊,水庫,港灣,近海區域測量或測速工作。

華測導航華微3號無人船

華微3號總長1米,自重只有7KG。6m/s的最大速度,3m/s的自動導航速度,手動自動兩種模式切換,根據不同的工作環境,可以選擇合適的操作方式。最高航速6m/s,續航時間6小時。通信系統主要由無人船數據傳輸天線,網橋和遙控器組成。
測量數據由無人船傳輸天線經網橋傳輸到地面工作站中,無人船工作過程中可實時通過地面工作站和遙控器進行控制。GNSS RTK衛星定位系統和測深儀,組成一套完整的水下地形測量系統。

GNSS RTK基準站(登錄CORS模式可不用架設)
GNSS RTK基準站(登錄CORS模式可不用架設)
無人船測量系統(無人船載體+RTK+測深儀)
無人船測量系統(無人船載體+RTK+測深儀)

地面工作站和網橋架設
地面工作站和網橋架設

水下地形測量
1、布設控制點
在整個測區做六個控制點,使用華測X9 GNSS RTK,登錄TJ-CORS,依次測量六個控制點。每個控制點,觀測180秒,觀測三次,取平均數后獲取每個控制點的WGS84經緯度坐標。六個控制點采集完成后,把六個控制點WGS84經緯度坐標發送給CORS中心。CORS中心解算后發回六個控制點的天津90平面坐標和2015年大沽高程。


控制點在測區的分布圖

控制點在測區的分布圖
RTK測量控制點
RTK測量控制點

2、架設基準站,求坐標轉換參數
打開RTK手簿,利用下圖六個控制點進行點校正,計算出坐標系轉換參數。架設基站,移動站采集控制點,驗證精度。

控制點坐標
控制點坐標
RTK基準站架設
基準站架設

3、設備聯通及測試
架設無人船網橋和地面工作站,將GNSS RTK移動站安裝在無人船上,無人船開機后,查看GPS定位模塊和兩個舵機是否工作正常。然后將無人船下水,地面工作站打開無人船測深儀換能器,通過水深軟件查看是否有水深數據。打開導航測圖軟件,建立工程項目,連通RTK和測深儀,設置船體吃水深度,將RTK手簿坐標系參數輸入進去。準備工作完成后,查看坐標數據與手簿坐標是否一致。


無人船下水

無人船下水
水深數據顯示
水深數據顯示
導航軟件查看無人船定位狀態
導航軟件查看無人船定位狀態

4、手動圈邊界和自動規劃航線
使用遙控器,控制無人船按照魚塘水域跑一圈,圈定無人船自動測量的范圍。地面工作站,根據測區范圍規劃無人船自動測量的航線。

手動測量圈的魚塘邊界
手動測量圈的魚塘邊界
規劃航線
規劃航線

5、無人船按照規劃航線自動航行測量


無人船自動航行工作模式

無人船自動航行工作模式

6、成果后處理
(1)水深取樣
將測量完的數據按照成果要求,進行采樣。采樣前,將數據做平滑處理或者參考波形圖文件做參考處理。最后根據項目需求,選擇合適的采樣間隔。

水深點采樣界面
水深點采樣界面

(2)導出成果
經過后處理,測量成果可以導出為需要的格式

導出成果

(3)成果展示

水下地形三維模式展示
三維模式展示
谷歌地球格式
谷歌地球格式


(4)無人船自動測量與人工RTK測量數據比較

無人船自動測量與人工RTK測量數據比較

所有測量數據在CASS軟件中展點后效果圖

所有測量數據在CASS軟件中展點后效果圖

文章授權轉載于天成華海版權歸原作者所有

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