无人水面艇在岛礁测绘中的应用探索

马赛男

（浙江嘉蓝海洋电子有限公司，浙江 舟山 316000）

当前，随着技术的进步，在工程测绘领域，测绘技术越发具有多样化的特征。随着自动化、智能化技术等的发展，一些测绘技术逐步实现了智能化。无人水面艇是一种专门的小型水面运动平台，其测绘具有无人化、智能化的特征，在岛礁测绘中，无人水面艇具有明显的应用优势，主要表现在安全性高、机动性强、灵活性好、吃水浅等方面。随着我国岛礁测绘项目的增多，无人水面艇的应用增多，其功能越发丰富。在军事领域等，无人水面艇都具有良好的应用效果。

1 岛礁测绘的具体特点与要求

岛礁是海洋系统内的重要组成部分，其自然地理环境相对特殊，在工程测绘过程中，对于测绘技术等有着极高的专业性要求。岛礁的地理特征主要体现在以下方面：（1）四面环水，陆域面积有限，海域面积远远大于陆域面积。（2）岛礁的分布相对分散，各个岛礁的面积极小，尤其是面积在5km²以下的小岛数量相对较多，在整个岛礁中的比重较高，甚至高达98%以上。（3）岛屿形态具有多变性与差异性，分布相对集中，主要以链状与群状为主，离散岛礁、孤岛等的数量较少。（4）由于受到海洋环境的影响，潮汐现象极为常见，导致岛礁露出水面的区域呈现出动态变化的特征，存在明显的区域差异性。（5）山地与丘陵地貌居多，边缘相对陡峭，但是其整个高差相对较小。

由于岛礁地质地形相对复杂，又受到多变的海洋环境等的影响，导致其测绘的难度相对较大。岛礁测绘的具体要求如下：（1）岛礁地形测量不仅包含了常规地形图测量的基本内容与要求，还需要做好海岸线、岛屿、明礁、码头、海堤、船坞、灯塔等各种显著海上实体的测量，这些测量对象直接影响着海上航行的安全性。此外，水上建筑物、道路、河流等也是主要的测量对象。（2）在岛礁测绘过程中，航行目标、重要地物的测量上，其平面精度需要达到0.4mm 以上，高程测量精度在0.2m 左右。（3）由于在岛礁测量过程中，其测量的对象相对较多，对于不同的被测实体，其有着不同的测量内容与精度要求等，因此，在测量过程中，要根据具体的要求进行测绘工作。

2 调查工区

近年来，随着我国经济社会的快速发展，我国逐步出台了相应的海洋战略规划等，岛礁是海洋探测的重要基站。海洋探测、海洋资源开发等逐步成为相关部门的重要任务。在浅滩、岛礁海域等的开发中，单波束测深、多波束测深、侧扫声呐等是应用最为普遍的物探技术，在实际的探测过程中，将一些专业的探测设备搭载大船，在近岸、浅滩与岛礁等区域内，实现测量，导致这些测量技术下，其测量的效率相对较低，其获得的数据精度不高，严重影响了海洋战略的实施。当前，随着我国测绘技术的进步，在岛礁测绘中，无人水面艇自主探测的应用效果更为明显。

以舟山市近海海域的岛屿为例，舟山岛屿繁多且很多面积都极小。在岛屿周边，海浪对岛屿的破坏作用相对较小，海水的交换相对充分，浅水区域相对较大，含有丰富的有机质，基质相对坚硬。舟山岛屿，由于其自然条件相对特殊，风浪比较大，加大了测绘的难度。应用无人水面艇吃水浅、机动性强、航行精度高、对水下复杂环境能够自主感知等特点，在岛礁等相对复杂的区域内，能够取得更理想的测绘效果。

3 测绘型无人艇

由于岛礁测绘中，存在水深的差异性、海况的复杂性，为了保障测量工作的顺利进行，采用两款无人艇进行测绘，适合水深在2m 以内的浅水区域测量的小型无人艇，适合水深大于2m 的区域测量的大型无人艇。

大型无人艇内，配备了三维云台高清摄像头，在测量的过程中，可以根据测绘区域内的实际情况，进行角度与焦距等的调整，使得其探测过程中能够实时掌握周边环境的具体情况，而船体水上部分的激光测距仪与水下部分的前视声呐，可以在探测过程中获得有关的障碍物信息，而船体内部包含了多波束测探系统、前视声呐、侧扫声呐等，有效实现了全方位的精确探测。小型无人艇，具有更高的灵活性，其内搭载了相应的单波束测探仪、水下摄像机等，这些设备的应用保障了测量的精度。

对舟山群岛的各别岛屿测绘中，我们就采用了“自主艇001”与“1.5 米便携式测绘艇”进行互补测绘。

4 无人水面艇在岛礁测绘中的具体应用

近年来，海洋地质调查逐步引起了人们的重视，而在海洋地质调查中，海底地形地貌的探测是其中的重要内容，在岛礁测量中，海底地形地貌的探测极为关键。在三亚东瑁洲岛礁区域的测量过程中，无人水面艇发挥着重要的作用，应用“精海三号”搭载多波束系统、侧扫声呐系统，实现在深水域的测量，应用“精海虹号”上的单波束系统、水下摄像机等，有效地实现了对浅水域的探测，有效地保障了探测的全面性和探测的精度。

4.1 大型无人艇的测量过程

大型无人艇在测量过程中，主要是多波束系统与侧扫声呐系统发挥着重要的探测作用。在实际的探测过程中，母船上所搭载的控制平台不仅可以实现对无人艇的控制，实时改变其航行轨迹，还可以对多波束系统与侧扫声呐系统进行远程控制，实现对上线与下线的良好控制。为了保证探测结果的准确性与精确性，必须多布设过程中应用现场设计方式，使得测线与深线保持平行，并要充分考虑探测的实际需求等，使得其重叠覆盖率在10%以上。在实际的探测过程中，首先经由人工控制，使无人艇可以进入被测区域内，随后，在海图的显示界面上依据测线进行自主测量，在此测量过程中，通过远端控制系统，可以实现相关测量数据的实时传输与获取，而后台管理人员，在接收到相应的探测数据后，可以掌握海面环境等的具体信息。在实际的探测过程中，多波束系统可以实现现场监控，有效地获得了实时覆盖图形、条幅水深剖面图等，有效地实现了岛礁的全覆盖探测。

4.2 小型无人艇的测量过程

在2m 以内的近水区域内，其探测工作主要是由小型无人艇来完成的，由于其船体本身的体积相对较小，使得其在探测过程中，船体仅能搭载单波束测探系统、水下摄像机来实现海底相应的探测工作。水下摄像系统在海底探测中发挥着重要的作用，其属于一种可视化的探测方式，应用此种探测方式，可以获得水下地貌、珊瑚礁生态环境等的实际情况。例如，“精海虹号”在对海底区域的探测中，就根据其获得的高清视频影像，发现了东瑁洲岛近岸主要是礁石区为主，其海水内的悬浮体含量相对较高，在礁石、珊瑚等表面，覆盖有一定的细粒沉积物。

4.3 数据处理及分析

当获得相应的探测数据后，有关系统要立即对相应的探测数据进行分析与处理。探测工作完成后，其测线间距可以经由水深、覆盖宽度等获得，根据其探测结果，岛礁区域内的测线间条幅重叠需要达到10%以上。此外，应用AML 水下声速剖面仪可以进行水中剖面声速等的测量，经由其测量结果，有关测量人员可以根据其测量数据结果，进行相应的修正，使得在测量过程中，水深数据可以直接在探测的过程中进行必要的处理，有效地保障了水深数据的精确性，使得在岛礁测绘中，有关测量人员可以及时获得水下地形的具体情况。而多波束系统可以应用Caris 进行相关数据的处理，使得其可以实现数据的转化与合并等，进而实现地域图标的获取，进而获得相应的水深地形曲面等。

声呐图像中可以根据其颜色的差异进行海底凸起与凹陷等的判定，比如，深色的回声表示海底的凸起，而白色的阴影斑纹主要表示海底的凹陷，因此，在岛礁测绘过程中，无人水面艇的应用不仅可以保障岛礁的全覆盖探测，还有效保障了测绘结果的准确性，在获得有关的测绘数据后，有关系统可以直接对这些测绘数据进行处理，由于无人水面艇本身具有一定的自动化与智能化特征，其在应用的过程中可以有效剔除无用的测绘数据，实现测绘结果的有效应用。

5 结语

当前，随着岛礁测绘项目的增多，各种新型的测绘技术逐步被用于其测绘工作中，由于岛礁测绘的难度相对较大，再加上受到海洋环境等的影响，使得在测绘过程中，要加强对新型测绘技术的应用。

以无人水面挺为例，其在岛礁测绘中的应用效果明显，基于其应用优势，在很多海洋、军事测绘中还具有良好的应用前景。