【中海达水利水文】航道数字化丨乌江水底地形测绘应用中海达多波束无人船

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航道数字化丨中海达多波束无人船乌江水底地形测绘应用



项目背景

乌江是长江上游南岸最大支流、贵州北入长江的主通道,也是国家高等级航道网与西部陆海新通道的关键组成。随着乌江全线复航与航运扩能工程推进,航道通航密度与货运规模持续提升,对水下地形监测、电子航道图更新及数字化管控提出了更高标准。

乌江遵义段岸壁陡峭、流态紊乱、水深变化剧烈,传统测量方式存在作业盲区大、定位稳定性不足、地形细节分辨有限、数据质控滞后等局限,难以满足高精度水下地形底图制作与数字化管理需求。

为此,中海达采用iBoat BSC小型化无人船 + iBeam 8140S多波束测深系统,高效完成了复杂水域水下地形扫测任务。

工况挑战


乌江航道蜿蜒穿行于峡谷之间,两岸山体陡峭,水下地形起伏剧烈、结构复杂。本次作业区域呈现多项典型挑战:

  • 水深分布1–30m,陡坡、深槽、浅滩交错分布;

  • 局部弯道水流速度可达1.5m/s,流态紊乱;

  • 近岸区域分布大量沉底碎石与不规则沟坎,地形细节复杂;

  • 部分施工区域含沙量较高,声学回波环境干扰因素多。


在类似复杂航道环境中,传统水下地形测量方式面临明显局限:


问题

具体表现

作业盲区明显

常规测量船吃水较深,难以进入浅水区与近岸陡峭区域,易形成数据空白

定位与姿态稳定性不足

陡峭岩壁与水深突变易造成声学信号反射干扰,数据一致性难以保障

地形细节分辨能力有限

常规设备波束角较大,对碎石、陡坡、沟坎等微小地形要素识别能力不足

数据质控滞后

外业数据需返航后处理与检查,发现问题需重复出测,整体效率偏低









为满足航道数字化管理与工程勘察需求,亟需一套可适应复杂环境、作业灵活、精度可靠的测量方案。

设备应用

针对乌江复杂航道特点,项目采用小型化无人船与多波束一体化测量方案。

iBoat BSC 小型化无人船

  • 尺寸紧凑,船长仅1.05m,便于车载运输与快速部署;

  • 双电池独立供电,双电池模式多波束续航可达3小时,支持热插拔换电;

  • 流线型船体设计,航行更稳定,可在1.5m/s水流条件下保持稳定航行;

  • 自动航线作业、自主避障绕行、自主返航,可实现危险区域无人化作业。

iBeam 8140S 小型多波束测深系统

  • 设备轻量化,换能器重量仅1.7kg,功耗低,便于与小型平台集成;

  • 测深范围0.2–200m,兼顾极浅水区与深水区测量能力;

  • 采用1.4°×1.7°窄波束设计,地形分辨能力强;搭配150°大开角,兼顾测量效率与覆盖宽度;

  • 内置0.03°高精度惯性导航系统,可实时补偿船体姿态,提升复杂工况下数据稳定性。

中海达BSC多波束无人船

整套系统即插即用、集成便捷,从开箱到下水作业可在5分钟内完成部署,显著提升外业组织效率。

现场实测:

本次扫测覆盖3个重点区域,总面积约0.2km²:

总用时:3小时(含航行、转场、测量)

实际测量时间:2小时

双电池剩余电量:30%

工况

表现

急流区

1.5 m/s水流下航行稳定,测线条带拼接平滑连续

浅水区

支持0.3m极浅测量,消除近岸测量盲区

复杂地形区

清晰识别水下碎石、陡坡、沟坎与岩壁根部形态

全程底跟踪稳定,回波信号连续,未出现明显失锁与数据跳变,在浑水与浅水过渡区仍保持良好点云质量。

实时质量控制

作业期间,操作人员通过遥控器、手机、平板移动端实时查看多波束点云数据与覆盖情况,可即时判断数据质量,对可疑区域直接复测,无需返回岸边处理数据。实时质量控制,有效减少返工,提升整体作业效率,客户可在现场直观查看水下地形实时采集过程。



Hi-SPIN声速反演

传统多波束测量通常需要投放声速剖面仪进行校正,流程繁琐、耗时较长。iBeam 8140S独创Hi-SPIN声速反演技术,可利用测线重叠区的冗余数据自动校正声速折射影响,全程无需现场投放声剖设备,仍能保证水深测量精度与数据拼接一致性,显著降低外业操作强度与技术门槛。



成果

本次项目一次性生成全覆盖、高精度水下地形点云成果,精细还原陡坡、碎石、岩壁边线、沟槽等地貌特征。

iBeam 8140S可直出XYZ标准点云,免除格式解码工序,经简易噪点剔除即可产出地形与等深线资料,显著缩减内业耗时。



成果可直接用于:

  • 电子航道图制作与更新

  • 航道通航安全评估

  • 涉水工程前期勘察与设计

  • 航道养护与水下障碍物监测

客户评价:委托方高度认可作业效率与数据成果,各项指标符合航道数字化及工程勘察规范要求。

总结

中海达小型化无人船多波束方案通过乌江实地应用实践,可适配峡谷河道、急流浅滩、近岸陡崖等复杂水域测绘场景。依托轻量化布设、智能化作业、实时点云质控等优势,可高效直出高精度、地貌细节精细还原的点云成果,有效突破传统测绘近岸作业受限、浅水区域存盲区、数据验收滞后等短板,为航道运维、水利普查等涉水工程项目提供可靠测绘保障。

未来,中海达将持续迭代优化无人化测绘装备与成套解决方案,深耕数字航道、智慧水利技术创新,凭借稳定可靠的技术体系、精简高效的作业流程、高精度测绘数据,赋能水上交通与水利行业数字化转型,护航水运与水利基础设施高质量建设。


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