科技论坛 ・３９・ 针对泥沙淤积监测的新措施与思考 陈娟 （扬州大学扬子津东校区，江苏扬州２２５１２７） 摘要：航道整治中的泥沙淤积监测是我国大部分航道面临的主要问题，研究成果表明，目前的监测技术难以做到实时监测，就我国 泥沙淤积监测中出现的主要问题进行了综述，并提出了新的解决措施，阐述了其可行性。 关键词：泥沙淤积；实时监测；无人机；物联网 １概述 ５系统工作流程设想和拟解决的问题 中国海岸线长达１８０００多公里，其中淤积质海岸占４０００ ５．１物联网系统的工作 多公里，部分航道具有航程较长、宽度较窄、水深受限、淤积严重等 将计算机与ＧＰＳ定位仪，ＧＰＲＳ数据采集通讯模块相结合，把接 特点，特别是长江下游的一些航道曲折、洲滩较多，水深变化剧烈。 收的一系列数据信息经过ＶＢ数据处理系统处理后由计算机生成 就下游芜湖段以上航道状况来看，碍航浅滩就特别多，出浅程度严 水下地形图，由于无人机和物联网的无人化，智能化，可以实现实时 重的主要有武穴、张家洲、马祖、东流等几个水道。因而随着枯水期 监测，从地形图实时了解水底高程变化就可以知道泥沙淤积情况。 的临近，许多水域对一些船舶，尤其是近海江轮和一些排水量大的 ５．２系统监测原理 船舶的航行带来了很大的影响，一不小心就有可能出现搁浅事故。 发射换能器和接收换能器以相同的高度和俯角安装在航道两 ２当前泥沙淤积监测技术出现的问题 侧的开口处，主波束指向航道底部中心方向。要准确测定航道的水 ２．１测量船现场观测难度大 深Ｈ只要测出被监测点航道水深ＨＩ和换能器到海面的水深８，被 目前航道水深的监测方法主要是船载声纳测深法。这种方法若 监测点航道水深值就可以计算出来，通过采用高精度ＧＰＳ同步技术 要实现实时监测，需要测量船反复不断地在航道上进行测量，这样 及水声信号检测技术可以测得海底反射波的传输时间ｔ，算出发射 将会影响航道的正常运营，也不适用于航道狭长，淤积变化快的港 点水底的距离。换能器到海面的水深８的测量采用传感器直接测 口航道，而且在大风大浪等恶劣环境难以完成实时监测工作。 得，并通过柯特斯复合求积公式消除波浪的影响。用三次样条插值 ２．２水深变化复杂多变 函数的方法进一步提高８的测量精度，从而对实测水深参数进行 目前船舶航行主要依赖于航道局提供的航道水深数据，而实际 修正。 上水深变化复杂难以证航道船的正常通航。以往航道水深的测量主 ５．３无人机平台及任务设备的工作 要靠超声波测深仪和测量船，实效性较差，常常会出现航道水深数 性能稳定的无人驾驶飞行平台是系统的基本保障。无人机重量 据刚公布出来，航道水深叉变化了的情况。 轻、强度大，安装有性能稳定的航空发动机和推力螺旋桨为动力装 ２．３高新技术设备价格昂贵 置。底部装上较大的浮板以增大接触面积减小压强，飞行控制系统 目前国际上有ＬＡＤＳ（机载激光测深），ＳＨＯＡＬＳ系列（扫描水文 飞控计算机通过模拟输入采集俯仰，横滚姿态角、三轴角速率等传 运行机载激光雷达测量）等几种ＬＩＤＡＲ测深系统。激光测深精度高 感器模拟信号得到相关信息，实时解算各飞行参数。 速度快，但价格高、重量大。 结束语 ３物联网技术在泥沙淤积监测方面的初步应用和存在的问题 参考测深仪和ＡＩＳ设备航道水深实时监控系统获得航道的水 当今物联网技术的高度发展，使实现自动化、智能化、无人化的 深信息的方法。采用物联网，通过ＧＰＲＳ数据采集通讯模块与ＶＢ计 控制成为了可能，物联网（ＩＯＴ）指的是互联网和多种传感设备结合 算机测控软件的结合，既可以定点监测又可以应用编程语言处理数 起来而形成的一个大型的应用型网络。物联网技术是基于互联网 据，消除风浪影响得到精确的水深数据。而利用无人机解决了恶劣 发展起来，并可以实现“物物交互”和“人机交互”两种交互模式的一 环境下的水深监测，可以不用实地操作。因此无人机与物联网的结 种新型网络技术。通过两种交互模式实现人、物、机三者之间的通 合是泥沙淤积监测方法的一种开拓。 信。近年国内外开始有人研究利用测深仪和ＡＩＳ设备构建航道水深 参考文献 实时监控系统，使该系统能将测控点的水深及位置数据信息通过 ［１］吴建华，李红祥，文元桥，航道水深实时监控系统的原理及实现方 ＡＩＳ设备传输到监控中心，并在处理之后在电子海图上显示出来， 法［Ｊ］．航海工程，２００９（３）：１５３～１５６． 从而实现实时了解航道的水深信息，但这种方法依然存在着操作管 【２１杨建，双基地声呐的港口航道水深实时监测技术研究『Ｊ１．中国水运， 理麻烦的制约。 ２０１４（６）． ４物联网与无人机结合的新方法与思考 【３】黄建元．计算方法【Ｍ】．南京：河海大学出版社，２００４，８，１． 利用无人机与物联网系统相结合，研究一种能在各种水上环境 实时监测水深变化，经过数据处理系统将水深变化趋势转换成函数 的技术，从而通过物联网技术绘出水底地形图，了解泥沙淤积准确 情况的系统，适应了港口建设和保证航道安全的迫切需要。无人机 可以定点起降飞往不同环境完成各种任务，快速而又便利，可按预 定飞行航线自主飞行、拍摄，航线控制精度高，飞行姿态平稳，可控 性，安全性能好。就实际情况来看，无人船需要反复不断地在水中进 行航行测量，会阻碍航道正常运行，且像湿地、滩涂等区域无人船也 无法到达。这种情况下，无人机小巧灵活，安全稳定的优势就大大显 现了出来。而且根据测水深的需求，可对无人机做出改进，在无人机 底部安装两块面积较大的浮板，增加接触面积，减小压强使无人机 垂直起飞，更加快捷地抵达相应区域。无人机与ＧＰＳ定位仪，ＧＰＲＳ 数据采集通讯模块以及ＶＢ计算机测控软件的结合将实现快速、实 时、准确又低风险的航道泥沙淤积监测。 作者简介：陈娟（１９９６一），汉，女，江苏淮安人，扬州大学扬子津东校区２０１４级在读本科，研究方向：港口航道与海岸工程。
