多要素无人船综合测量系统

任务来源：

技术领域：水利信息化

技术来源：自主研发。为更好地解决和提升河流河道和水库多要素指标数据实时采集监测和科学运行管理维护过程中的效率和精度问题，通过联合相关科技企业研发数据采集系统，自主开发综合测量系统。

技术原理

多要素无人船测量系统硬件以上海华测集团的华微5号无人测量船作为主载体，通过搭载北斗全星座GNSS-RTK定位测量系统、声呐地形扫描系统、单波束测深系统、多普勒流速仪ACDP以及光学后向散射浊度仪OBS等多种高精度测量传感设备。利用导航、通信和自动控制等软件和相关设备进行集成开发，实现水深、流速、流量、含沙量、颗粒级配、床面地形与图像等水文泥沙地形参数的测量。多要素无人船测量系统软件主要由Mission Planner、VCOMM、Hydro Sounder、Hydro Survey、泛际测流大师、Deep View 组成。

技术特色

（1）将多种设备集成到一个载体上，一次性实现水动力、水环境、泥沙、地形等河流多要素同步测量。无人船船体轻巧，方便移动，既可用于野外观测，也可用于实验室内测量，极大地提高了科研和工程技术人员获取监测数据便利性。（2）该系统可以填补载人船无法到达或者不易到达的危险水域，同时实现高精度、智能化的高效工作模式，对在研究资料缺乏的区域，特别是测量条件恶劣的浅滩及山区河流具有非常重要的意义。（3）实现对水库水下地形的快速测量和大坝水下形态的实时监测，并能及时对库区存在淤积明显部位及坝体水下形态存在明显异常部位等问题提示预警；实现对河道或渠道重点引水河段流速、流量、含沙量的实时监测，并能及时对出现引水流量偏小及含沙量偏大等不利引水安全等情形提示预警。（4）采集数据后台多维度精准分析，对照工程实测数据判别测量数据是否符合要求，判断误差过大行为并提示预警；根据不同应用场景需要，可以及时生成不同测量工况参数数据表格和相应的基础图形提供给监测单位和业主单位参考决策。

技术指标

（1）精度指标：测深精度为±1cm+0.1%，流速精度为±0.25%+2mm/s，侧扫声呐图像分辨率为1cm，扫描深度最大为100m，浊度测量范围0～4000NTU。（2）频率指标：流量、水深、含沙量、流速等原始数据采集频率为统一为5次/s，满足自动测控和分析的要求。（3）实时性指标：实时监控数据取数5次/s，满足试验监控的需要；流量、水深、含沙量、流速监控原始数据为实时传输，无滞后；水深或流速过程线分析数据为每5min生成。

应用范围及前景

适用于水库库区、河道、河口等野外水沙多要素测量，以及地貌测绘、航道测量、水下地质勘探等领域。已在怀柔水库、京密引水渠、小清河济南城区段生态清淤工程、朝阳区北小河河道断面测量等工程建设和运行管理中成功应用。典型应用案例：案例1：怀柔水库位于北京市怀柔区，总库容1亿m³，是北京市重要的水源地和调蓄地，也是南水北调的节点工程。通过实施多要素无人船综合测量技术，实现了对怀柔水库水下地形的快速测量和大坝水下形态的实时监测，能够及时发现库区淤积明显的部位及坝体水下形态明显异常部位等问题，有效地保障了水库的库容维持和坝体安全。案例2：京密引水渠是将密云水库的水引进首都的重点工程，引水干渠长达110km，经过5个县区，在玉渊潭上游与永定河引水会合。通过实施多要素无人船综合测量技术，实现了对京密引水渠重点引水口渠段流速、流量的实时监测，可及时掌握引水渠内流速分布、引水流量等基本情况，能够实现工程管理单位的监管和预警，有效地保障了工程的引水安全和引水效率。案例3：小清河济南城区段生态清淤工程属于河道治理工程，全长30.472km，设计工程清淤量约197.98万m³。通过多要素无人船综合测量系统搭载便携式单频测探仪和双频测哨声呐，实现了对河道水下地形断面的快速准确测量和重点底部区域的实时侧扫成像，能对工程河段范围内的水下地形和泥沙淤积分布情况进行较好地系统测量和监控预警。案例4：北小河位于北京市东北郊，起自朝阳区安定门外小关，向东流经朝阳区北部，在三岔河村西入坝河，河道全长16.6km。通过多要素无人船综合测量系统搭载便携式单频测探仪，实现了对河道水下地形断面的快速准确测量，能对工程河段范围内的水下地形进行较好地系统测量和监控，并能及时发现河道断面地形异常问题，有效地保障了工程实施的精准度和质量水平。

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董先勇

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