智能无人船搭载传感器在湖泊水域测绘中的实践探索

一、引言

湖泊作为地球重要水资源，对生态平衡、资源保障和经济发展意义重大。精确的测绘数据是湖泊管理、生态保护及水利建设的基础。传统测绘如人工划船测量、大型船只测量，存在效率低、成本高、环境限制大及威胁人员安全等问题。智能无人船搭载传感器技术的出现，凭借先进技术融合，有效克服传统弊端，为湖泊水域测绘带来新变革。

二、智能无人船搭载传感器系统概述

2.1 系统工作原理

智能无人船搭载传感器系统依赖多技术协同。卫星定位系统（如 GPS、北斗）实现高精度定位，保障无人船按预设航线航行。测深仪、声呐、水质传感器等实时采集数据，测深仪利用声波反射测水深，声呐探测水下地形与障碍物，水质传感器监测湖水物理化学参数。数据经通信模块（4G、5G、卫星通信）传输至岸基控制中心，软件处理分析后生成测绘成果。

2.2 系统组成部分

智能无人船搭载传感器系统由五大关键部分构成。无人船平台作为核心载体，采用碳纤维等轻质高强度复合材料打造，兼具出色的稳定性、灵活的机动性与持久的续航力，可从容应对复杂多变的湖泊水域环境。传感器模块按需灵活配置，单波束测深仪适用于常规精度测量，多波束测深仪则胜任高精度、大面积测绘；侧扫声呐能精细扫描水下地貌；水质传感器实时监测水温、pH 值、溶解氧等关键参数。导航与控制系统融合卫星定位和惯性导航技术，前者精准定位，后者在信号不佳时确保航行稳定，结合控制系统实现自动化作业。通信模块依据距离和信号条件，灵活选用 4G/5G或卫星通信，保障数据传输与指令交互。岸基的数据处理与分析软件，对采集数据进行滤波、校准等处理，生成测绘成果并提供存储查询功能。

三、智能无人船搭载传感器在湖泊水域测绘中的优势

3.1 高效性

智能无人船能够按照预设航线自动航行，无需人工划船或操控大型船只，大大节省了人力和时间成本。其航行速度通常较快，可在短时间内完成大面积的湖泊水域测绘任务。例如，在某大型湖泊的测绘项目中，使用智能无人船搭载多波束测深仪，一天内可完成数平方公里的水下地形测量工作，而传统人工划船测量方式，每天仅能完成几百平方米的测量，效率提升数十倍。此外，无人船可实现 24 小时不间断作业，进一步提高了测绘效率。

3.2 高精度

搭载的先进传感器具有高精度的测量性能。测深仪的测量精度可达厘米级，多波束测深仪能够获取更密集的水下地形数据，减少测量盲区，生成的水下地形模型精度更高。声呐传感器能够清晰地探测到水下微小的地形变化和目标物体，为湖泊水域测绘提供详细、准确的信息。同时，通过数据处理软件对采集到的数据进行多次校准和优化，进一步提高了测绘成果的精度。

3.3 安全性

避免了测量人员在复杂、危险的湖泊水域环境中作业，降低了安全风险。湖泊中可能存在水流湍急、水深较深、水下障碍物多等危险情况，传统测绘方法中测量人员需置身其中，面临较大的安全威胁。而智能无人船可在恶劣天气条件下（如小雨、小风等）正常作业，减少了天气因素对测绘工作的影响，保障了测绘任务的顺利进行。

3.4 灵活性

无人船体积小、重量轻，便于携带和运输，可快速部署到不同的湖泊水域进行测绘工作。其吃水浅，能够进入大型船只无法到达的浅水区、狭窄河道等区域进行测量，填补了传统测绘方法的测量空白。此外，根据不同的测绘需求，可灵活更换或增加传感器，实现对湖泊水域多种参数的综合测量。

四、智能无人船搭载传感器在湖泊水域测绘中的实践案例某湖泊水质监测与测绘综合项目

1.项目背景：随着工业化和城市化的快速发展，某湖泊面临着水质恶化的问题。为了全面了解湖泊的水质状况及其空间分布特征，同时结合水下地形信息，制定科学合理的水质治理方案，开展了此次水质监测与测绘综合项目。

2.采用的无人船及传感器设备：选用了一款具备良好机动性和适应性的智能无人船，搭载了多种水质传感器（如水温传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器等）、单波束测深仪以及高清摄像头。水质传感器能够实时监测湖水的多种物理化学参数，单波束测深仪用于测量水深，高清摄像头则用于拍摄水面及周边环境图像，辅助了解湖泊的整体状况。

3.测绘过程：在项目实施过程中，首先利用单波束测深仪对湖泊进行初步的水深测量，获取大致的水下地形信息，为后续的水质监测点布局提供参考。根据湖泊的地形和水流特点，结合相关标准和规范，规划了水质监测航线和采样点。无人船沿着预设航线航行，水质传感器实时采集湖水的各项参数，同时高清摄像头拍摄照片。测量数据和照片通过无线通信模块传输至岸基控制中心，技术人员对数据进行实时分析和处理，如发现水质异常区域，及时调整无人船的航行路径，增加监测点密度，进行更详细的监测。

4.测绘成果及应用：通过此次综合项目，获得了该湖泊丰富的水质数据和水下地形信息。生成了湖水水质参数的空间分布图，直观地展示了不同区域水质的差异和变化趋势；结合水下地形数据，分析了水质与地形之间的关系，例如发现某些低洼区域由于水流不畅，容易积累污染物，导致水质较差。这些成果为湖泊水质治理提供了有力的数据支持，帮助相关部门制定针对性的治理措施，如在水质较差的区域设置人工湿地、投放净化水质的微生物等。同时，也为湖泊生态修复和保护规划提供了科学依据，促进湖泊生态系统的健康发展。

五、智能无人船搭载传感器在湖泊水域测绘中面临的挑战及解决方案

在湖泊水域测绘中，智能无人船搭载传感器系统面临诸多挑战。通信方面，复杂地形和恶劣天气易干扰 4G/5G 信号，导致数据传输不稳定；卫星通信虽覆盖广，但速率低、延迟高，影响测绘实时性与指令传输。传感器受湖水腐蚀、生物附着影响，电极易损，微生物附着改变测量参数，且不同传感器采集频率、格式差异大，兼容性差，降低数据融合质量。无人船受电池技术限制，锂电池能量密度不足，大面积测绘需频繁充电，增加电池容量又会影响船体机动性和稳定性。此外，相关法律法规不完善，航行权限界定模糊，数据安全缺乏统一规范，监管体系存在漏洞。

六、结论

智能无人船搭载传感器技术在湖泊水域测绘优势显著，经实践验证能高效精准获取数据，服务多领域。虽面临通信、传感器、续航和法规等挑战，但随着技术创新与政策完善，结合人工智能、大数据、物联网等技术，未来将实现更智能、高效、全面的湖泊测绘，为湖泊可持续发展贡献更大力量。

参考文献

[1]陈培伦.智能无人船水质监测系统[D].江苏:南京理工大学,2021

[2]刘红兵.基于无人测量船的水下地形测绘对策[J].数字技术与应用, 2025,43(2):229-231.

[3]雷添杰,张鹏鹏,胡连兴,等.无人船遥感系统及其应用[J].测绘通报,2021(2):82-86,92.

作者简介：王亮（1988 年 01 月 24 日）性别：男、民族：汉，籍贯：山东省滕州市，现供职单位全称：，职称：副高级学历：本科，研究方向：测绘专业。