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无人测量船在水库水下地形测量中的应用

更新时间:2009-03-28

无人测量船是一套软硬件结合的水域测绘系统,以无人船为载体,搭载声纳测深设备、GNSS、罗盘仪等,通过岸基电脑操作导航、控制等软件,让船体在水域按预定的路线行驶,采集所需要的水下地形数据,最后自动形成测绘成果[1]的一整套智能系统。无人测量船具有以下优点:(1)经济便利,节省船租;(2)能深入危险区域作业,避免倾覆、撞船带来的人身伤害;(3)重量轻、体积小、便携。本次水下地形测量区域为溧水方便水库,使用的设备为鑫大周无人测量船,其主要参数(如表1所示)。

公共图书馆是由国家中央或地方政府管理、资助和支持的、免费为社会公众服务的图书馆,是为公民提供免费服务的文化设施[1]。我国在20世纪初出现了公共图书馆,直至新中国成立后,才形成系统性的公共图书馆服务系统。随着网络、计算机等通信技术的发展,我国公共图书馆从最初单纯提供文献资料借阅,到现如今包括文献传递、数据库检索、课题检索、参考咨询等信息服务。为保障公民能更好地获取信息服务,提高公共图书馆服务水平,图书馆评价便应运而生。

“我发现国外的肉味香精都是模拟的,是以酵母提取物、水解植物蛋白、还原糖为主要原料通过热反应制作而成的,缺乏肉的特征风味”。中国有句成语叫“追本溯源”,孙宝国认为,肉香味的源头应该来自于肉本身。于是,上世纪90年代中期,孙宝国的研究开始向更高一层迈进:参考中国传统煲汤炖肉的烹调技艺,以辛香料和肉为主要原料,通过生物酶解和炖煮工艺,生产天然级肉味香精,开创了我国肉味香精生产的新时代,并凝练出了中国特色肉味香精制造新理念——“味料同源”。

1.任务区概况

方便水库是溧水最大的水库,水域面积约5.5平方千米,位于秦淮河支流二干河的上游,是一座集防洪、供水、灌溉、观光、养殖于一体的中型水库,水深最深处约12米左右,北部较深,南部较浅,水库中包含若干孤立的小岛,南部浅水区围网较多,东部边沿芦苇较多。本次作业期间正值水库拉网捕鱼期。作业要求是按1∶2000比例尺测量水下地形,航线间隔40米,航向数据采样点间距10米(无人船自动采集间隔设置稍小些,最终数据适当抽稀),地形起伏较大处适当加密。

 

表1 鑫大周无人测量船主要参数

  

项目指标船体部分船体尺寸105cm(长)×38cm(宽)×31cm(高)25kg船体重量航行模式自动导航/岸基控制/遥控器控制操控性能最大续航时间6小时2m/s最大导航速度安全性安全设施自动避障/实时视频传输/实心泡沫船体防沉备用锂电池主电源用完情况下可切换动力源,可续航1小时岸基电脑通讯模式串口通讯6km通讯距离测深设备单波束测深仪标配为海鹰HY1500数字测深仪

2.技术路线

目前无人船的智能避障功能在实际操作中发现避障效果远没达到成熟,大多数情况下都需要人工干预,尤其是靠近障碍物或近岸操作时,无人船系统设置安全避障距离达到设置的警戒距离无人船自动暂停,防止碰撞,所携带的避障设备作为辅助参考,因此在设计航线时要尽可能避开障碍物区域。在航线设计前要先在测区踏勘,标注障碍区或围网区,然后内业中利用地形图资料套合最新的卫星影像(目前市场上也有的无人船可在操控软件上下载测区影像,直接在影像地图上设计航线),若无地形图可以外业现场采集特征点坐标,内业借助CASS软件进行影像坐标校正,从几何校正后的卫星影像中寻找可能需要避开的潜在障碍区,设计好避让线路,然后将航线转为dxf格式导入岸基操控软件。方便水库根据影像可以发现航线上的诸多障碍区,如围网、浅滩、孤岛、太阳能指示灯等(如图1所示)。

  

图1 航线设计

无人测量船在外业数据采集过程中数据的通信传输非常重要,有岸基电脑、无人船测深数据、无人船搭载的GNSS[2]坐标数据、岸基基站数据等之间的传送,岸基基站将GNSS差分改正数据传送给船载GNSS进行实时坐标精确定位,船载电脑实时采集坐标数据、水深数据和船体参数传送给岸基电脑并执行岸基电脑发送的指令。各个节点之间一个环节出现问题都会影响采集数据的可用性,因此作业中尽量使用基站外接电台、岸基电脑和无人船都使用远距离数据传输天线。由于自动按航线导航作业时有一定的转弯半径,提前在障碍物周围做好规避航线,实际外围自动导航作业后还要手动遥控贴近障碍区域采集水深数据,尽可能采集完整。经过约两星期的作业,采集了整个水库的水深数据。

  

图2 技术路线

3.外业数据采集

无人船在远离视线范围作业时如果发生靠岸贴边、搁浅、挂住围网及潜在避障区域靠远距离手动遥控脱离障碍区也是比较麻烦的,因此作业前充分考虑潜在的障碍区是十分有必要的。对于水库岸边或狭小区域可以直接手动遥控作业。其技术路线(如图2所示)。

本次无人船测深数据的检核从两方面进行,首先布设检校航线[3]利用无人船对先前测过的数据进行自检校,另外利用机船搭载南方的SDE-28自动记录测深仪进行高精度检校,由于无人船采集的是纯粹的水深数据,而SDE-28可以实时根据水深数据模拟航线上断面起伏波形图,可以有效辨别悬浮物(如图5所示),而且SDE-28测深仪测深探头比无人船便携式测深探头接收反射面大,精度受悬浮物影响较小。通过对180处航线交叉点无人船自检校和55处SDE-28高精度检校分别统计精度(如表2、表3所示)。

4.数据处理

本次利用无人船测量得到的成果经检验精度满足作业要求,精度较高,与实际地形状况基本相符。利用智能无人船作业是目前水下地形测量的一个热点和趋势,尽管目前在智能化避障、通信传输控制等方面还有各种各样的瑕疵,但随着智能化、集成化水平的提高,这些问题都将得到更好的解决,也必将使测量的精度、可靠性更高,并能适应更复杂的作业环境。

  

图3 等高线成果图

  

图4 TIN模型

5.精度检核

(b)The endoscopic appearance of atrophic gastritis showed red and white mucosa,mainly white mucosa,the folds became flat or disappeared,and some mucosal blood vessels were exposed,which could be accompanied by particles or nodules.

  

图5 波形图

 

表2 无人船自检校精度统计

  

数值最大值最小值△h<0.1m作业航线水深12.50 0.1m≤△h<0.2m 中误差(cm)△h≥0.2m 0.48检校航线水深12.41 0.47 164个14个2个2.8

 

表3 SDE-28测深仪精度检校统计

  

数值最大值最小值△h<0.1m无人船水深11.26 0.1m≤△h<0.2m 中误差(cm)△h≥0.2m 0.59 SDE-28水深11.33 0.57 46个8个1个3.5

6.结论

无人测量船同样是按一定的距离或时间间隔采集数据,对获得的数据还不能直接使用,需要进行粗差剔除和数据抽稀,对处理的水底正高数据这里采用的是无验潮模式,对实时获得的水面高程和水深数据进行处理得到水底正高数据,然后生成等高线和TIN成果[4](如图3、图4所示),成果较直观地反应水库水下地形状况。

参考文献:

【1】虞棠胜.FJCORS与测深仪组合系统在水下地形测量中的质检探讨[J].测绘与空间地理信息,2015.38(8):221-222.

把公路用自卸车改装为非公路用自卸车时 ,由于路况恶劣、超载严重和设计初期仿真分析欠缺等问题,国内厂家生产的矿用重型自卸车不同程度地发生因推杆失效而导致产品可靠性低的问题,是一个亟待研究的课题[1-2]。

【2】李建平,陈军,董永仲.GPS测量技术在水库水下地形图测绘中的应用[J].西部探矿工程,2008(111).

【3】柴进柱.水深测量作业中的测线布设与实施策略研究[J].海洋测绘,2013,33(3):43-46.

【4】徐启恒,张新长,黄滢冰,陈炽荣.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(2):62-64.

 
赵培,王之顺,叶瑞峰,郑亚运
《经纬天地》 2018年第01期
《经纬天地》2018年第01期文献

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