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长江珠江应用云洲无人船测绘巡检 让航道养护更智能

2021-12-02 14:20 性质:转载 来源:云洲智能
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全球化经济背景下,航运业的正常运转保障着国际供应链安全。据交通运输部统计,我国的外贸运输约90%以上通过水路实现。做好航道养护工作,无论是对外推进外贸高...

全球化经济背景下,航运业的正常运转保障着国际供应链安全。据交通运输部统计,我国的外贸运输约90%以上通过水路实现。做好航道养护工作,无论是对外推进外贸高质量发展,还是对内发展内河航运,都具有极大推动作用。

交通运输部2021年2月1日开始施行的《航道养护管理规定》,鼓励采用新技术、新材料,使用现代化的设施装备,积极推进航道养护智能化。

无人船艇作为智能化水面装备,可大幅提升航道养护的信息化、现代化水平,近年来成为业界高度关注的应用方向。本文将结合云洲智能无人船艇在航道养护中的实践,讲一讲无人船为航道测绘和航道整治物巡检带来的变革。

点多线长面广 航道养护难

当前,我国的航道养护工作,普遍面临点多、线长、面广等难题。截至2020年年底,全国内河航道通航里程12.77万公里。其中,仅珠江水系的内河航道通航里程,即超过1万公里,干线航道1000多公里。

随着我国水运科技和市场经济的高速发展,船舶逐渐大型化,重大涉水工程和通航密度不断增加,对航道养护工作提出了更高的挑战和要求。

只有做好航道养护工作,才能保障船舶航行的安全,最大化发挥水路运输在长距离、大宗货物运输方面的低成本优势。

长江、珠江两大水系采用云洲无人船开展航道测绘

长江和珠江作为我国主要的内河航线,前者有“中国黄金水道”之称,后者通航价值仅次于长江。

在用科技助力航道养护方面,长江和珠江不仅经验充足,还起到了很好的示范带动作用。

2015年,长江航道二期工程勘察,应用了云洲“听风者”海洋调查无人船平台进行航道测绘。这次测绘过程中最为困难的部分,发生在镇江丹徒江心洲北岸。按照计划,需要对北岸延岸4公里,近岸50米的区域进行水下地形测绘。这一区域水深普遍浅于2米,且遍布礁石、碎石,复杂的水下环境让传统测绘船很难接近,近岸50米的范围内几乎均为传统测绘船的“盲区”。之前遇到这种情况,测绘单位要么放弃测量,要么安排测绘工作人员徒步下水,手持器材进行测量。然而在湍急的水流中,这种工作方式不仅非常危险,效率也难以保证。云洲测绘无人船的吃水深度仅有20cm,因此能够在遍布浅滩和暗礁的水域畅通航行。在该次测绘任务中,正是借助无人船轻量化的优势,工作人员快速、顺利地完成了对丹徒江心洲北岸的近岸测绘工作。用无人船仅耗时40分钟,而依靠传统测绘船全部完成则需要4个小时,高下立判。而且,由于无人船船体短小轻便,具有更高的舵效(亦即舵对航向的控制能力),因此其贴线精度可由传统的若干米提升至±0.5米,大大增加了测绘的准确度。

云洲无人船(左侧)正在近岸测绘

在长江上进行航道测绘,主要困难除了上文所述的传统测绘船“盲区”,还有流急、浪大、通航密集、水下地形测量环境复杂、被测物难以看清等。在此背景下,无人船航道测绘应运而生——无人船横摇、纵摇更小,循线精度更好,可满足测量任务中更高的平稳性要求,从而实现对水下环境的精准定位,以此获取更加准确的数据信息,为测绘工作者提供安全保障。

除了长江主航道,云洲“听风者”海洋调查无人船平台在西江(珠江水系干流之一)航道也有成功应用。该段航道位于广东省江门市内,是西江下游的一条分汊河流。2017年,云洲“听风者”海洋调查无人船平台搭载多波束测量系统,在该段航道西侧水域开展航道测绘工作,约5小时即完成600*1000㎡测区的测量任务。作业情况表明,该无人船技术规格优良,在复杂航道内完成了布放回收,自主航行,任务区水下地形多波束测量等工作内容,船的整体航向保持性较好,边缘波束损失较小,噪点极少,对声学设备的噪声很低,所测数据质量优良,达到IHO44特优级标准,满足我国《海道测量规范》。

测区位置与云洲无人船巡线轨迹

云洲无人船的航道测绘成果图和作业图

基于云洲无人船在长江、珠江的成功实践,号召加快无人船推广应用的“声音”也越来越多。

2020年6月11日,交通运输部珠江航务管理局党组书记、局长王建华带队赴云洲智能调研无人船研发及行业应用情况,王建华局长高度评价了云洲智能在无人船研发方面所取得的成绩,提出无人船将为珠江水系航运管理中的应用提供广阔的空间。

2021年6月30日,长江航道局印发《无人机无人船在航道养护工作中的应用专项工作方案(2021-2024年)》,明确未来三年内在航道巡查、航道测量、整治建筑物观测、应急调度等主要生产业务领域加快推进无人机无人船的推广应用,为长江航道高质量发展提供有力支撑。

长江航道局官网

云洲无人船抗洪期间巡检航道整治建筑物

航道整治建筑物巡检,是云洲无人船航道养护的另一重要应用领域。

因为中国的航道多采用中低水整治,所以大部分常见的航道整治建筑物(如导流坝、丁字坝和护岸护坡等)在丰水期多处于淹没状态。但即便是枯水期,这些航道整治建筑物露出水面的部分看着“毫发无损”,水面下的部分却可能因长期水文作用早已被冲刷破损或悬空,丧失了原本应起到的分流、抗洪和防淤等功能。

2020年,云洲无人船在抗洪期间赴江西省余干县,对沿鄱阳湖及信江堤坝地形进行勘测。本次勘测堤坝包含两段,水下部分实际完成沿堤坝测线约82km。项目组对勘测数据精细化处理和分析后得出结论:堤坝虽整体处于健康状态,但可能存在五处风险点,其中包括两处疑似人工挖沟,两处疑似冲刷沟槽,一处疑似冲刷侵蚀。无人船地形勘测技术报告中给出风险点的具体坐标位置,方便下一步对风险点区段进行重点排查,并为后续组织相关技术专家进行堤坝风险评估、分析潜在地质灾害、提出相应防护修整方案提供了有力的数据支撑。

江西省余干县沿湖沿江堤坝地形勘测结果

无人船在航道养护中的应用优势

航道养护的检查手段,主要以目测、照相、量测为主。在通航密集、水情复杂的航道,一般使用传统扫海测量手段施测,通常先预设测线,将GNSS系统和单波束测深仪固定在小型测量艇舷侧,外业施工人员随后驾驶测量艇反复横跨航道。但如此高频次、大面积的航道测量,一方面时间紧、强度大,易造成测量人员疲倦,另一方面有人驾驶的测量船多次穿越通航密集航道,存在较大人员安全隐患。此外,许多测量仪器对搭载平台的航速和平稳性有较高要求,若船体剧烈摇摆,或者明显偏离了预设测线,会导致后期数据处理工作繁琐甚至直接导致数据作废,不得不返工重新测量。

针对上述传统检查手段的痛点,云洲无人船提供了一种新型解决方案,在航道养护工作中的智能化优势凸显:无人船搭载先进感知、导航、控制、通讯系统及任务载荷,可自主航行并完成巡检和测量等任务,具有平稳性好、转弯半径小、贴线精度高、适航能力强等特点,可减少测量盲区、提高采集数据的精准度。即使在恶劣水域环境和夜间,无人船均可高质、高效作业,有效提升航道养护作业的安全性和效率。

值得一提的是,云洲智能的无人船技术支持多条船艇集群作业,可容纳不同船型的智能船艇加入编队,且只需一名工作人员即可通过基站监控多条无人船艇同时作业,船队规模的增大理论上也无需增加基站端操作人员的数量。无人船采集的数据可进行拼接处理,作业效率将极大提升,有效缩短工期,减少养护工作对航道占用时间。

软件监控多艘无人船协同作业

结语

整体而言,无人船作为高科技海洋智能装备,可以在航道整治建筑物巡检和航道测绘等水上工作中发挥安全、便捷、快速测图等诸多优势,为航道养护工作的高效开展提供技术保障,解决传统航道养护存在的劳动强度大、危险系数高、浅区测绘难等问题。

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