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３ 两栖无人机测量水深技术

前文所述的相关水深测量技术多应用于非应急情况， 在应急情况下， 现有单一无人观测设备难以
完成水力要素实时、 连续、 高精度地监测， 多种无人观测设备受限于恶劣环境， 难以在同一时空下进
行协同观测。 基于 ＧＰＳ ＲＴＫ 定位系统和遥感技术， 研发了一种两栖无人机（ Ａｍｐｈｉｂｉｏｕｓ Ｕｎｍａｎｎｅｄ
Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ， ＡＵＡＶ）监测技术装备。 该无人机上搭载超声波测深探头， 利用 ＲＴＫ 设备的精准定位功
能， 实现了测量路线的自动化巡航测量， 显著提升了水深探测的效率。 同时， 该无人机还具备应急打
捞的能力。 这一新型技术为水深测量领域带来了一种高效的飞航式水深安全智能测量解决方案， 两栖
无人机及多波束探测仪具体参数如表 ２ 所示。
表 ２ 两栖无人机和多波束测深仪主要参数

名 称 参 数
最大抗风等级： ７ 级； 最大河道流速： ８ ｍ∕ｓ
传输距离： １ ｋｍ； 传输速率： 数传为 １１５ ２００ ｂｐｓ， 图传为 １０ Ｍ
两栖无人机
最大飞行速度： １２ ｍ∕ｓ； 最大水上航速： ９ 节
悬停精度： 垂直为±０．５ ｍ， 水平为±１．５ ｍ； 生存海况： ２ 级

声呐尺寸： １２５ ｍｍ×１２５ ｍｍ×１３０ ｍｍ； 声呐重量： ≤２．７ ｋｇ（空气中）， ≤１．２ ｋｇ（水中）
甲板单元尺寸： １２５ ｍｍ×１２５ ｍｍ×４２ ｍｍ； 甲板单元重量： ≤０．５ ｋｇ
频率： ４００ ｋＨｚ±２０ ｋＨｚ； 功率： ＜２５ Ｗ
航向精度： ０．１°（２ ｍ 基线）； 姿态精度： ０．０５°
多波束测深仪
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水平定位精度： ０．８ ｃｍ＋１×１０ （ＲＴＫ） ∕０．６ ｍ（ＳＢＡＳ） ∕１．２ ｍ（单点）
波束数目： ５１２∕１０２４； 波束范围： １４０°
测深范围： ０．２～１５０ ｍ； 测深分辨率： １．０ ｃｍ
最大频率： ６０ Ｈｚ； 信号形式： ＣＷ∕ＬＦＷ； 脉冲宽度： ２０ μｓ～２ ｍｓ

本研究采用的多波束测深仪重 ４ ｋｇ， 固定结构重 １ ｋｇ， 可挂载于油电混动两栖无人机水靴中间位
置。 两栖无人机可提供的有效载荷功率为 ５００ Ｗ； 多波束测深仪和固定结构总功率 ３０ Ｗ， 因此两栖无
人机可提供足够的功率。 搭载多波束测深仪后两栖无人机具备长续航时间， 抗风性能强， 在悬停状态
下可抗 ７ 级强风， 降低了不利天气下对水深测量的干扰。 出色的抗震性能， 能够适应水面起伏较大的
环境， 不受水上及船舶电磁干扰影响。 在河道内流速≥２．６ ｍ∕ｓ 时， 两栖无人机可以通过飞行动力悬停

在水面， 使得两栖无人机不易受到河道地形限制， 可在相对复杂的环境下稳定运行。
３．１ 无人机的组成 无人机本体为多旋翼无人机， 本体的机身底部设置有折叠式起落架， 测量水深装

置主要包含工作舱和云端服务器两大部分。 负责定位的 ＲＴＫ 设备固定在无人机本体的中心支架顶部，
工作舱挂装在无人机本体的中心支架底部。 工作舱内安装有数据采集测控器、 无线通信模块和供电模

块三大模块， 其中工作舱内部结构组成如下：
工作舱的顶板四侧边沿设有用于与无人机本体中心支架固定连接的法兰， 工作舱的侧板上设有百
叶窗结构的散热孔。 工作舱内底部左侧安装有激光测距模块， 其测量头向下穿设在底部安装孔中。 工
作舱内底部中心安装有微型电动卷扬机， 其卷筒上缠绕有承力电缆， 并开设通孔。 通孔和微型电动卷
扬机的卷筒之间的承力电缆上设有易断节点， 易断节点下端处的承力电缆上连接有收纳在工作舱内底
部的应急漂浮气囊。 承力电缆的一端固定在卷筒上并与数据采集测控器连接， 另一端从卷筒上放出并
向下穿过通孔伸出工作舱， 连接位于工作舱正下方的超声波测深探头。 超声波测深探头通过承力电缆
与数据采集测控器信号连接， 数据采集测控器通过通信电缆分别与激光测距模块和微型电动卷扬机信
号连接。 无人机本体、 数据采集测控器、 ＲＴＫ 设备和摄像头模块均通过无线通信模块分别与移动终端
和云端服务器无线传输连接， 供电模块分别与 ＲＴＫ 设备、 数据采集测控器和微型电动卷扬机连接。

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