基于4/5G船机互联系统的研发

基于4/5G船机互联系统的研发

唐训海

四川省遂宁水文水资源勘测中心  四川  遂宁  629000

一、背景情况

水文测验(hydrometry)系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。基本的测验项目有水位、流量、泥沙、降水、冰情、蒸发、水温、水质、土壤含水量、地下水等。对于对江河湖库等最重要测验项目为水位和流量。流量测验手段从传统水文的测船验到上世界80-90年代逐渐推广缆道测验，21世纪逐步从国外引进ADCP进行流量测样，到2010年后发展电波流速仪逐步取代人工浮标法等。水文逐步实现从传统向现代、从行业向社会等的转变。

无人机的发展具有悠久的历史，1909年世界上第一架无人机在美国试飞。我国研究起步较晚，20世纪70年代，我国才开始自主研制无人侦察机，80年代初装备部队。改革开放以后，在民用领域中探索可行性，中国航空事业经过60多年的辛酸历程，从无到有逐步成为我国经济发展的支柱。我国从事无人机行业的单位有300多家，形成了配套齐全的研发、制造、销售和服务体系的有160家左右。研制投入使用的无人机型多达百余种，小型无人机技术已逐步完善，战略无人机已成功试飞，攻击无人机也已试射空地导弹多次成功。

二、无人机与ADCP独立应用

2018年国内首架无人机搭载雷达波测速设备诞生，它极大丰富了水文流量测验的手段，采用自动悬停技术替代流速仪测量单点流速从而实现整个河道垂线全覆盖无死角测量，带来了流量测验的极大飞跃。同时无人机搭载高精度RTK和雷达水位计，从而实现水位流量一体化监测，极大提高工作效率。

无人机测流需要垂直河道布设一条航线，在航线上每隔一段距离设立悬停点，测量每个点位的表面流速然后与河道断面一起采用断面流速法计算出断面虚流量后乘以水面流量系数得到断面过水流量。

ADCP（声学多普勒流速剖面仪）是一种用于测量水速的水声学流速计。其原理类似于声纳 ：ADCP向水中发射声波，水中的散射体使声波产生散射 ；ADCP接收散射体返还的回波信号 ，通过分析其多普勒效应频移以计算流速。ADCP同时具有测深功能，在泥沙含量较小的时候能够准确测量出河道断面，从而采用面积流速法计算出断面的流量，目前主要通过三体船和无人船搭载ADCP进行流量测验。

三、ADCP与无人船测流系统

走航式ADCP作为目前水文测流设备，具有测时快、精度高，测速和测深同步进行，具有大量的数据底板，根据对RDI、M9等主流产品的参数分析，参数多大707个，对ADCP数据应用分析研究是至关重要。通过对ADCP的数据分析，可以获得河道断面数据、水面流量系数、垂线流速竖向分布、流向等具有价值极高的成果。

目前国内外的ADCP和无人机测流均独立运行，各施其职，结合实际水文流量测验过程中的应用，本次开发主要针对河道断面数据和水面流量系数交换数据进行应用。

四、船机联动系统的开发

无人船搭载的ADCP测流量的同时，测水下地形，通过4/5G通讯通过船机联动软件直接将测的断面地形和水面流量系数上传至无人机测流平台上，无人机测流服务器界面自动生成航线和测流垂线，同步传到无人机遥控软件，操作人员直接选中航线即可自动执行航线作业，测量完毕后乘以水面流量系数后直接获得准确的断面流量，极大提高应急监测的效率。

五、下一步研发方向

目前的船机互联采用的是4/5G，依赖中间服务器传递数据，在特殊情况无网络下无法使用。因此，下一步研发要将船和无人机进行组网，本地实现船机相互通讯，确保船机万物互联。