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华微3号远航匈牙利!解决枯水期水下地形测量难题
2022-04-25
来源: 原创
行业应用
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在匈牙利费耶尔州,有一方特殊的天地:那里临近首都,被城市群环绕,却碧波荡漾,芦苇摇曳,沐浴在温暖的阳光中,听着鸟语虫鸣,看着黑天鹅优雅地浮于碧水之上,这里就是韦伦采湖,驰名全国的度假圣地。


旁边是城市的喧嚣,这边是盎然的生机,便利的交通让城市人能够“偷得浮生半日闲”。现代化的步伐不仅没有对韦伦采湖造成破坏,还维持了这方祥和。


为了守护这片波光,这一次,华微3号无人船出行海外,搭载定位和声呐设备进行水下地形测量,交出了一份漂亮答卷。



游轮因故停航

百年难遇低水位带来挑战

与匈牙利往年普遍气候相比,2020年和2021年的韦伦采湖尤为干旱,水位低至创纪录的10cm。这里原本有定期的船只服务,但自湖面出现百年难遇低水位,船只操作的安全性已无法保障,吃水问题令人头疼。


为检查目前条件下港口是否安全,保障港口通航,一项枯水期的地形观测任务应运而生。


项目湖泊流域

Pakozd港概况图


韦伦采湖的总流域面积(包括湖泊)达到602.3km2,覆盖了维特山脉的东南坡、梅泽福德北部和韦伦塞丘陵。曾经,一只名叫NADAP的船长期在湖上工作,它长24.73m,宽4.97m,排水量24BRT,吃水深度为0.53m,依据测量规定,大船需要增加0.2m的安全余裕才能安全通航,因此实际吃水值为0.73m。


NADAP游轮


2020年,为完成对港口河床的疏浚,当地清除了平均厚度为10cm的软淤泥层,却未对疏浚前和疏浚后的河床情况进行检测。如今,气候干旱水位低迷,通航安全性问题凸显,要让像NADAP这样的游轮复航,港口水下地形的检测尤为迫切。




操作简单易上手

小小无人船浅水测量无虞

桥梁、港口码头、航道、江河铁路及公路的建设都需要基础水下地形图,因此水下地形测绘不可或缺。当下,传统GNSS定位设备和声呐测量的缺点日益暴露,租船、安全、人员和浅滩等各方面的因素给水下地形测量带来了不少难题。随着科技日新月异,由无人船搭载定位设备和声呐来进行水下地形测量的技术不断完善,因其具有轻便、快捷、安全等特点,青睐这种新方法的用户正越来越多。这一次,华微3号远航匈牙利,正是要借自身独到优势,为客户排忧解难。


 华微3号无人测量船 是华微无人船家族中最小的成员。小船自重7kg,船长1m,轻便易携带,可以轻松放入轿车后备箱。内置单波束测深仪,结合主控内GNSS定位,可以实时获取水下高程数据,通过多个断面的测量,可以得到水下高精度地形图。


它采用全新4G通讯物联网主控,彻底摆脱网桥基站、传输距离的限制,外业更轻松。船体可以按照计划线路自动行驶,人员只需在岸边接收数据,真正实现水上无人化作业。


测量与数据预处理

勘测设计中的一项重点,是使用GIS软件处理得到创建测量点的表面模型。根据本次项目要求,设备需在间距不超过20x20m的矩形网格中进行测量。该值已沿最长测线缩小至5m,以生成Tin表面。

港区测线示意


一般来说,线间距越小,点间距越近,在三角网插值过程中产生的曲面越精确。此次下游采样距离为1m,是HydroSurvey 7测量软件中可以设置的最小值。


完成航线规划

AutoPlanner软件可实现航线规划与无人船远程操控,无需连接到无人船,可在办公室作为准备工作进行规划测量路线,节省了大量现场作业时间。由于自动化程度高,操作简便,无人船可以实现轻松、安全操控。同时具备浅滩倒车、低电量自动返航功能,最大限度保障安全。



  • 工程支持功能


AutoPlanner软件具备工程支持功能,可以为简单的勘测任务自动生成勘测路线,对于更复杂的任务,也可以逐步单独编辑路线。根据具体需求,这款软件能随时保存规划的航线,或重新读入这些路线的.kml文件,以便于在特定时间重复进行港口监测。

在AutoPlanner软件中选定测量区域


完成点记录



  • 一键开始

HydroSurvey软件中的点记录只需一键即可开始,不需要任何特殊复杂操作。如下图所示,保存的点会显示为独立红点,以便实时跟踪和监控调查。

设置测量参数


根据预先设置的触发条件,不满足预定义质量要求的点不包括在保存的点中。这意味着在后处理过程中不需要设置过滤参数来过滤数据,不仅节省了时间,还能够减少大量人为错误。



  • 一键结束


按下HydroSurvey软件中的结束记录键,数据将自动保存在测量用的电脑中。船上的控制机创建了所有测量值的备份日志文件,如因故造成数据丢失,部分数据仍然可以恢复。


· 数据输出

本次项目所需数据包括:GNSS位置数据,深度数据及来自IMU传感器的角旋转和加速度数据。通过针对华微系列无人船进行过特别优化的HydroSurvey软件,3步即可完成处理和输出。

HydroSurvey软件不仅能够提供原始测量信息,还能够提供测量环境信息,主要包括:水面绝对高程、相对水深、岸边信息、声波穿透散射、水中反射、水生植物及单细胞生物等。


三步处理

第一步:点击“Correct”,快速得到所需时刻的坐标;第二步:点击“采样”,以不同于原始设置采样密度的方式重新分配采样距离;第三步:点击“创建Htt”完成处理(Htt为HydroSurvey的文件格式),输出包含导出数据所需的所有组件。


处理界面

等距采样

数据环境信息


多种输出格式

之后,使用“数据进程”菜单中的“数据导出”,即可将htt文件保存为dxf、txt、dat、csv等格式。本次项目输出csv格式文件。



数据轻松打开

本项目只需要X和Y坐标,对应海底的海拔高度和水深。这些从HydroSurvey输出的数据可以使用任何一个txt编辑器或Excel打开。

csv中的输出数据示例


地理信息系统数据后处理

从HydroSurvey中提取的数据可以在任何可输入csv文件的GIS软件中进行处理。本项目使用匈牙利地区主流的QGIS软件。


 基本流程

1. 扫描前面创建的文件,并根据扫描的点创建到形状文件TIN表面。

Tin表面设置


2. 彩色的TIN表面显示表面没有起伏,没有明显的深区域。

TOPO TIN表面示意


3. 通过同样的处理方法,得到水深Tin表面。

深度TIN面示意


4. 最终得到下图中的地图——带有底图和背景的开放街道地图。

TOPO TIN表面示意

深度 TIN面示意




成果清晰反映河床情况

华微3号,就是这么给力

根据韦伦采湖水深图上显示的数值,NADAP船的吃水不超过港区任何一点的水深。由此可以得出结论,在测试的水面高度下,船只可以安全通行,极低的水位不会阻碍交通。


该港口于2020年进行疏浚工作,目前沉积物的厚度与水位相比并不明显,因此可以说,测得的海床形状很好代表了疏浚后的状况。在此基础上可以得出结论:在疏浚过程中,承包商没有进行施工控制,导致港口中部堆积形成众多礁石。但是华微3号的调查显示,韦伦采湖的水位没有低于安全值。只要能保障挖泥船在附近,就可以防止搁浅等意外地况的发生。



本项目中,华微3号以高安全性解决了复杂的水下地形问题,充分展现出成本低、准备工作简单,测量简单上手的特点。其半自动数据处理大大减少了完成项目所需的时间,给出的水下地形精确图像和环境的整体图像,完全适用于港口生态调查、河道通航测量。


另外,HydroSurvey软件提供了格式丰富的数据集,即使使用简单的GIS软件,也可以导入文件,实现数据可视化,完成水下地形可视化成果图。

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