无人测深及测淤泥装置

无人测深及测淤泥装置

杨旋 ,黄秀肖 ,潘燕婷

桂林电子科技大学 广西桂林 541004

摘 要：针对传统测淤泥深度的方法在不同水区测量实施遇到的困难，我们提出一种无人测淤及测深装置。在不同水区、不同水流下测量淤泥深度对水和地势的影响、测量深度。无人测淤及测深装置由定位设备和测深设备组成，融合了淤泥深度测量、水深测量、集水下地形检测、水质检测功能，采用超声波传感器进行测深数据粗差处理。

关键词：无人测淤及测深；测绘地形；水质检测

0  引言

当前，河道清淤、岸坡稳定分析、河道防洪工程、水利枢纽工程、桥梁工程到、水下建筑物等工程，都需要以水下地形和水下淤泥及地质情况为基础资料。河流管理及相关工作日益迫切，水下地形测量在促进河流管理和安全方面息息相关，而传统的方法费时费力，很难对水下地形测量和淤泥厚度测量进行精准记录。所以，利用智能先进技术进行水下地形测量显得尤为重要。无人测淤及测深装置未来的运用，可以有效地提高了数据的可靠性，提高了水下地形测量的效率和质量，为工程实施打下了良好的基础。

1  装置概述

1.1  工作原理

利用超声波传感器发出发射波，在行驶时不断连续地测出不同水深，把不同水深通过微积分集合起来绘制出水下地形。在无人测淤及测深装置上装吸水排水控制仓，在装置底部装上气体气垫，实现装置在水中自由运动，实现“测淤测深+测绘地形+水质检测”多功能集为一体。

1.2  工作过程描述

岸台遥控装置控制采集信息系统，通过电台子系统的无线数据传至装置台控制系统，进行测深测淤、地形绘制、水质检测工作，通过行驶、避障与能源子系统对陀机等辅助设备进行动作控制。

无人测淤及测深装置依据GPS定位，生成航线，由控制系统控制装置航行。无人测淤及测深装置在航行中若要进行测淤泥厚度或水深或水下地形或采集水样，则通过子系统采集信息，否则通过电台系统无线传输数据，岸台采集系统采集测量信息。若无人测淤及测深装置要停止工作返航，则结束工作，否则继续航行工作。

图1 工作流程图

2  系统组成

2.1  控制系统

控制系统主要由三个部分组成，分别是无人测淤及测深装置端、云服务器端、地面控制中心三部分。无人测淤及测深装置端需依据GPS定位实现其相关功能，地面控制中心将其接收到的信息进行一定的计算，生成航线，在依靠着云服务器端将这些数据发至无人测淤及测深装置端，三者的功能是仅仅联系在一起的。在无人测淤及测深装置行过程中，也是可以依靠云服务器将其行驶方向（航向）、行驶速度（航速）以及位置等信息发至地面控制中心。

2.2  采集系统

测深装置包括探头、功能转换器、超声波发射系统、接收系统、显示器、存储器等。超声波信号自反射经水底反射至接受的时间间隔，用以确定水深，在能见度不良或导航仪器失效时，用测量水深来辨认航位，对航道的水深进行精细测量，提供确保无人测淤及测深装置航行。

无人测淤及测深装置底部安装超声波传感器，下潜到水和泥交界处，超声波传感器发出发射波，当发射波遇到不同性质的泥形成反射波，超声波传感器接收反射波，利用时间差来计算淤泥厚度。

无人测淤及测深装置行驶或下潜过程中，通过搭载相应的设备，采集系统在不同水深进行吸取水，可以定时定量、安全高效地开展水质采样、水质在线监测、污染源追踪、暗管排查、流量测量、地形测绘、水体富营养化监测、常规或应急水污染监测、进行检测观察水生动物生活环境等工作。

2.3  定位系统

由控制模块生成控制指令,控制动力系统产生相应推力来实现装置定点控位和航迹跟踪，面对水面环境复杂性和动力系统通过推力和舵角来控制无人测淤及测深装置体的运动。

3  创新点

1、无人测淤及测深装置，利用气垫船原理和吸水排水法实现既能在水面上行驶，又能在水下行驶。装置安装吸水排水控制仓，在无人测淤及测深装置底部装上气体气垫。当装置要下潜时，控制仓吸入水来增加装置自身重量，同时气体气垫排出气体来减小浮力。当装置要上升时反之。

2、无人测淤及测深装置融合了淤深测量、水深测量、水下地形检测及水质检测功能。在勘测水下地形的工作中，装置下潜结合地形测量淤泥高度，下潜过程中同时检测系统在不同水深进行吸取水体，并进行检测观察水生动物生活环境。

3、无人测淤及测深装置可为监督检查河道疏浚、开挖施工质量，疏浚施工完工后进场检测，采用超声波传感器方式，以全面检测工程河道淤泥、河底高度是否按设计图纸施。根据实际情况，可对河道进行安全排查水下地形测量。

4  结束语

综上所述，无人测淤及测深装置淤泥测量系统的设计理念是利用超声波穿透介质，并在不同介质表面会产生反射的现象，测出发射波和反射波之间的时间差进于水深、地形和游於泥厚度测量。当无人测淤及测深装置在水面工作,其耐压要求较低,并可以使用无线电通讯,非常方便远程遥控控制,因此其在浅水区的淤泥测试工作中具有非常明显的技术优势，而这种系统也给水深测量工作带来了巨大的便利。目前，这种具有无人,可控,自动化特点的淤泥深度测试系统,已经成为未来河流观测技术的一个非常重要的发展方向。

参考文献

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[5]张晨,牟乃夏,周霞等.无人智能技术在水库地形测量与库容计算中的应用[J].测绘通报,2017( 11):72~ 76.

项目基金：广西大学生创业训练项目无人测深及测淤泥船艇（项目编号：S202210595389X）成果

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