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機器人“行走”在漢江

——記長江水文無人船水域測量機器人系統

測繪水下地形常被測員們形象地稱之為困難的“織網”。對于一片施測水域,需采集的數據信息量極大,與施測水域邊長往往呈指數增長關系。為了保證測量效果,工作人員需要從點到線,再從線到面,進而搜集到“漁網”般的數據網格水下坐標。

在以往的施測工作中,如此海量的數據采集全部依賴于工程技術人員租賃小船完成。伴隨著馬達的轟鳴,頂著日曬雨淋,測員們工作辛苦且效率低下,耗時耗力。若遇到淺水區域,船只不能正常行駛,還需工作人員涉水測量,安全得不到充分保證。

漢江流域是全國最嚴格水資源管理制度試點流域,為了適應經濟社會發展的新形勢、新要求,長江委水文漢江局(以下簡稱為“漢江局”)裝備了無人船水域測量機器人系統。該系統由遙控測量無人船子系統及岸基控制子系統構成。遙控測量無人船,有著白白的“身體”,長長的“天線觸角”和如同火腿腸般的“雙腳”。船體設有動力系統、電源系統、船上控制系統、測深儀、陀螺儀、GNSS定位模塊、CCD攝像頭和無線數據傳輸模塊等。通過嵌入式編程技術,實現對船體的控制及各傳感器數據的采集、融合和傳輸。岸基控制系統主要由交互式界面組成,通過無線傳輸協議,實時接收、分析、處理和顯示遙測船體發送的數據,控制測量船自動或手動走線測量,并實現船只的自動回航,最后對采集的數據進行數據處理及圖件的繪制。

技術人員介紹,這位“行走”在漢江上的機器人,集成了GNSS接收機、單波束測深儀、高清攝像頭和羅經等多種高精度聲、光、電磁傳感設備,具有多種先進功能,將岸基控制站、PC、船體、船載GNSS接收機、測深儀等構建成一個局域網絡,由此實現遠程操控船體,并進行無線數據傳輸的一體化系統。無人船水域測量系統涉及到機械、測繪、信息幾個學科,通過命令的輸入,可以實現半自動、全自動的水下測繪作業。

這艘長1.8米,寬1.1米的無人船,重20多公斤,便于攜帶及搬運,能大量節約人工及測量成本。無人船更能到達載人船無法到達或十分不易到達的危險、淺灘、近岸等空白水域,填補相關測量技術空白,并能實現全自動作業。

為了驗證該系統在漢江復雜水域地形條件下的適用性,并搜集到其作業特點,漢江局技術室組織河道勘測中心、科研室及各分局的工程技術人員組成無人船技術創新團隊,在漢江流域支流小清河水域,采用無人船測量機器人系統進行1:1000水下地形測量。施測區域河道長度為2.5公里,平均寬度約為60米,測量比例尺為1:1000,在測區河段內共布置了140條橫斷面測線。該河段河道內垂釣人員較多、漁網密布、水生植物茂盛,并且受挖沙影響,局部河道遍布淺灘深槽,地形條件極其復雜。由于測區地形條件的限制,船體行駛平均速度為1.5米每秒,外業測量時間為4小時。外業測量結束后,漢江局無人船技術創新團隊及時進行數據處理、成圖以及精度統計分析工作,成果顯示,該系統測繪精度完全達到人工測繪精度,而且大大精簡了人力資源,有效地提高了作業效率。

漢江局無人船技術創新團隊根據本次作業實施過程,針對性地制定質量控制方案,編制詳盡的技術操作手冊。根據計劃,不久后將在漢江中游干流河段做進一步的比測分析工作,拓展無人船水域測量機器人系統在漢江局水文河道勘測領域應用的深度和廣度。

據了解,我國與水域相關的基礎地理信息收集方式仍以傳統方法為主,無人船水域測量機器人系統以河川、湖泊、海岸、港灣、水庫等水域為對象,可主要用于淺海、江河湖泊、港口的水下地形地貌調查、水質水文考察、水下或岸邊資源環境調查研究、搜索沉船等,未來應用前景十分廣闊。

文章作者:徐斌 張振軍 楊松 連雷雷責任編輯:賈茜
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