雪窦科普——无人船在海洋调查领域的应用是否已经成熟？

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当前在海洋调查领域，调查设备和作业手段方面已有很大进步，但受调查平台自身局限性的制约，在一些特殊的、危险的水域内，调查工作仍难以开展或采集到的数据较差。在浅滩、水库和近岸水域等调查区，常规海洋调查船的体积较大，吃水较深，一般无法到达，有发生倾覆、翻船等危险事故的可能性，会造成人员伤亡和设备损失；在测量水下地形时，仍以人员操控为主，受其理论水平和实际工作经验的影响，外业采集数据会存在一定的误差。根据调查现状，结合无人船机动灵活、安全、隐蔽性强等特点，可将无人船引入海洋调查领域，作为一种新型调查平台使用。根据海上作业的任务，将其分为海洋环境观测和海底探测2类。

一、海洋环境观测

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目前海洋环境观测技术主要可归纳为浮标和潜标技术、岸基台站观测技术、船基海洋观测技术、海洋遥感技术、海床基观测技术和水下自航式海洋观测平台技术。以船舶为活动平台进行海洋温盐深测量，海流观测是主要方向。在用无人船观测海洋环境时，可搭载全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）、以 CTD 为代表的多参数剖面测量系统、气象观测系统、ADCP 和高光谱水质仪等模块，进行风暴潮、赤潮等灾害的监测，海洋动力环境的调查，深浮标、潜标等的在线检定、标定。在进行海上工作时，无人船同时搭载多种任务设备，可进行综合调查；内置 GNSS 定位，相比有人船循线更加精确；部分数据可实时回传，使用者可第一时间进行数据分析。目前无人船很少应用于海洋环境观测领域，主要是因为：

1）海洋环境观测用到的温度和盐度等数据，与水体深度有关，需对不同层次的水体进行取样或测量，而无人船平台体量小，搭载的空间有限，观测设备多为固定安装，因此在测量深度、取样数量等方面都受到限制，传统调查船平台反而更有优势。

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2）有人船在进行海洋环境观测时受到海流、波浪和生物等因素的影响，经常要手动操控观测设备，以达到修正数据或规避风险的目的。而当前应用于无人船的控制技术还不够发达，在突发海况下，无人船的应变、自我调控能力不足，目前只能作为常规环境观测的补充手段，如要大量投入到环境观测中，还需要进行技术革新。

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二、海底地形地貌探测

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水声探测技术是海底探测的主要手段，其基本内容包括声层析技术、声成像技术、高分辨率声学多波束测深技术、多功能海底地层剖面声探测技术和多媒体声通信技术等。用于海底探测的无人船搭载GNSS、单波束测深仪、侧扫声呐，合成孔径声呐、条带测深系统、浅地层剖面仪和投放式声纳等模块，可执行水深地形测量、海底目标物检测和沉积环境调查等任务。

无人船平台具有远程遥控、全球定位系统（Global Positioning System, GPS）自动导航、自主航行和自动避障等功能，可在视距外作业。工作时，先在基站上下载作业水域的地图，输入坐标，规划测线，然后将任务下达给无人船，即可开始工作。作业过程中，可通过远程控制等方式调整侧扫声呐等测量仪器的参数。在浅水区、岛礁区和危化品区等常规测量船难以进入的区域，可采用母船与无人船联合作业的模式来提升作业效率。2016年6月至8月，TerraSond 使用 C-Worker 5无人船结合32m 长的调查船Q105 在阿拉斯加白领海域进行海道测量。无人船作为力量倍增器，在大船旁边采集多波束和拖曳式侧扫数据，协同作业。5.5 m 的无人船采集4 213 km的测线数据，完成了 44%的工程量，实现了业内第一生产效率。

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