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四月，華南地區(qū)強(qiáng)降雨天氣持續(xù)多日，前汛期的大幕正式拉起。在清遠(yuǎn)飛來峽，水下機(jī)器人做好了下水前的準(zhǔn)備工作，無人船正在水面展開日常巡檢。

(相關(guān)資料圖)

長期以來，防汛搶險都是廣東水利工作的關(guān)鍵詞。水利“黑科技”適時上場“營業(yè)”，對特定水域展開“全面體檢”，及時排查險情的同時，也為水利工作提效增“智”，助力廣東水利高質(zhì)量發(fā)展。

廣東省水利廳副廳長申宏星介紹，近十年來，各類聲光電先進(jìn)設(shè)備以及無人機(jī)、無人船等智能載具投入水文生產(chǎn)應(yīng)用中，全省水文監(jiān)測能力顯著提升。

“全省水位、雨量、蒸發(fā)、地下水等水文監(jiān)測要素實(shí)現(xiàn)100%在線自動監(jiān)測，水文監(jiān)測要素的全面性、在線自動監(jiān)測水平和實(shí)驗(yàn)室檢測能力均位居全國前列?！?/p>

“赤色小舟”大約長4米，其為水陸一體化數(shù)據(jù)采集無人船系統(tǒng)。

水上水下，一葉“小舟”探虛實(shí)

廣東清遠(yuǎn)，東北約40公里的北江河段上，一葉赤色“小舟”正緩緩入水。

這里是飛來峽水利樞紐，也是廣東省最大的綜合性水利樞紐工程，防洪為主，兼具發(fā)電、航運(yùn)、供水等功能，重要程度不言而喻。

然而平靜的水面下方也可能“暗流涌動”。 水下滲漏、裂縫、坍塌、泥沙淤......汛期來臨，如何對堤壩險段進(jìn)行高效排查？眼前4米長的“小小”無人船，將協(xié)助岸上的工作人員進(jìn)行水陸地形測量。

廣東省水利廳保障中心無人船作業(yè)人員楚金龍，對水面上正在作業(yè)的無人船再熟悉不過?！盁o人船，顧名思義，它通過遠(yuǎn)程遙控的方式就能控制行駛，自動展開水下無盲區(qū)的測掃，協(xié)助水利工作人員及時規(guī)避險情?！?/p>

廣東省水利廳保障中心無人船作業(yè)人員楚金龍。

楚金龍告訴記者，準(zhǔn)確地說，赤色小舟的全稱是無人船載水陸一體化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。“傳統(tǒng)無人船作業(yè)實(shí)際上是比較單一的，最多是單獨(dú)采集水下數(shù)據(jù)，很難做到水陸一體化采集。”而眼前的小船下水跑一圈，水下和水上的地形數(shù)據(jù)都能實(shí)時采集到?！暗虊芜吘墸纤?，長期沖刷，可能會出現(xiàn)坍塌、滲漏、管涌的問題。通過無人船定位出現(xiàn)問題的位置、大小，它收集回來的信息，就可以供研究人員進(jìn)一步研判了?！?/p>

這些由無人船實(shí)時傳回的信息，也并不只是單組單列的數(shù)據(jù)，而是全部數(shù)據(jù)的組合——一個三維可視化的水下地形圖?！盁o論水下環(huán)境有多復(fù)雜，水體是不是渾濁不清，水下的問題一目了然。在這個三維可視化的繪制場景中，都能得到非常穩(wěn)定的呈現(xiàn)。這就讓險情排查工作更加直觀了?！?/p>

三維可視化的水下地形圖，可見河道溝壑，這對計算水流等關(guān)鍵數(shù)據(jù)很重要。

水下情況“一目了然”，水上水下如何同測？這有賴于船體搭載的相關(guān)設(shè)備。楚金龍向記者介紹，水下部分的數(shù)據(jù)采集，靠的是無人船上的多波束測深探測儀。通過發(fā)射多束聲波，根據(jù)聲波反射的原理，探測水下的地形數(shù)據(jù)；而水上的數(shù)據(jù)，靠的是無人船搭載的激光雷達(dá)模塊。通過脈沖激光不斷地掃描目標(biāo)物，就可以得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后，就可得到的三維立體圖像，形成水上的地形圖。

加上船體本身搭載的避障系統(tǒng)、航線規(guī)劃系統(tǒng)等，同時配套水下、岸上的作業(yè)設(shè)備。把不同渠道的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，才能形成水陸融合的三維一體化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。楚金龍介紹。

水下“聽診器”，高效更安全

“無人船搭載聲納探測設(shè)備，就像是水下的‘聽診器’， 測量的時候，在重點(diǎn)水域來回掃測，數(shù)據(jù)實(shí)時采集，經(jīng)過處理后，即可繪制出水下地形地貌圖?！?。 廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司工程師羊海明，形象比喻無人船在水下發(fā)揮的作用?！霸谘雌谇昂?，水下地形數(shù)據(jù)的比對，能讓防汛人員及時掌握一手地形的變化情況，從而為科學(xué)治水提供技術(shù)支撐?！?/p>

廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司工程師羊海明。

除了對水陸地形展開測量外，無人船還可以應(yīng)用在汛期河水的流量監(jiān)測上。羊海明向記者介紹，汛期河流水情的變化迅速，應(yīng)用無人船對流量流速、水位情況進(jìn)行監(jiān)測，可以實(shí)時掌握可用水資源、水道流量信息，以便通過控制水閘調(diào)配各區(qū)流域水量防范汛情。

在水利“黑科技”登場前，傳統(tǒng)的測量方式包括人工船測、橋測等?！暗@些人工測量方式，在汛期就有一定的局限性了。”羊海明舉例，人工定點(diǎn)的測量覆蓋面小、數(shù)據(jù)量少；洪水中的懸移物質(zhì)，還可能會阻礙設(shè)備和線纜的正常工作，增加儀器的測量誤差?！斑@個時候利用無人船，可以進(jìn)行更機(jī)動、靈活的水流流速流量監(jiān)測，避免人為操作的失誤，保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性?！?/p>

此外，實(shí)效性也是重要一環(huán)。遇到突發(fā)性洪水或上游水庫泄洪的情況，就需要回傳實(shí)時數(shù)據(jù)。單純倚賴人工，就需要幾組人員前后同時測量，工作量很大?！皞鹘y(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集，始終存在滯后的問題。采集完畢后，還需要很長的人工后期處理過程。有了無人船，在規(guī)定航線內(nèi)，就能做到實(shí)時采集，實(shí)時呈現(xiàn)，實(shí)時決策。遇到險情趕時間的時候，專家遠(yuǎn)程就能實(shí)現(xiàn)險情的初步研判?！背瘕堈f。

2022年6月23日，在廣東清遠(yuǎn)英德市浛洸鎮(zhèn)，救援人員用橡皮艇轉(zhuǎn)移群眾。 當(dāng)時，受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，廣東省北江出現(xiàn)特大洪水，韶關(guān)市、清遠(yuǎn)市等多地出現(xiàn)洪水內(nèi)澇、農(nóng)田被淹等情況。這個時候單純靠人手去找數(shù)據(jù)，工作量太大，也不安全。新華社發(fā)

更重要的是人員安全問題。防汛抗洪工作中，人員的生命安全是首位。遇到人員落水的情況時，傳統(tǒng)的近距離救援采用人工拋投救生圈，但人工投擲的指向性差，易耽誤黃金救援期；遠(yuǎn)距離的救援則采用救援人員駕駛沖鋒舟趕往現(xiàn)場，為確保救援安全，沖鋒舟上需配備2名以上人員共同施救，特殊情況，還需要救援人員下水施救，洪水區(qū)域的水況復(fù)雜，整個救援過程耗時耗力，且救援人員存在安全風(fēng)險。

“能進(jìn)行水上救援的無人船，也稱為水面救生機(jī)器人，它能與救援人員有效結(jié)合，從一定程度上提升救援人員的防汛救災(zāi)效率及應(yīng)急救援能力。”羊海明看來，這也為救援人員展開有效救援爭取了寶貴時間，充分保障了受災(zāi)群眾的生命與財產(chǎn)。

“無人船節(jié)省人力，只是一個小的方面。最大的優(yōu)勢是，人員安全得到了保障。突發(fā)險情的時候，不需要人工下水摸查，規(guī)避了人員的危險作業(yè)。”楚金龍介紹，無人船的有效遙控范圍，最遠(yuǎn)可以達(dá)到5公里左右，工作人員只需要在岸邊的控制臺進(jìn)行操作?！熬拖袷俏覀兪褂眠b控車一樣，遠(yuǎn)程控制船體的前進(jìn)后退，將工作人員的安全系數(shù)提到最高。”

“體檢”或“救急”，都能起作用

如今的無人船技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在實(shí)際場景中。在廣東肇慶的九坑河庫區(qū)，通過水陸一體化無人船進(jìn)行測繪測量、數(shù)據(jù)一體化采集，最終構(gòu)建三維可視化產(chǎn)品，對數(shù)字孿生的地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效補(bǔ)充；在肇慶鼎湖景豐聯(lián)圍張良段，汛期前，同樣應(yīng)用無人船對張良險段地段的水下部分進(jìn)行排查。

“無人船的水利應(yīng)用，放在全國范圍來看，廣東是走在前列的?！背瘕埥榻B，在水陸一體化測繪方面，目前的無人船是第一代產(chǎn)品?！昂诵募夹g(shù)都是靠自己，無論是船上的設(shè)備還是軟件，都是國內(nèi)比較成熟穩(wěn)定的技術(shù)了?？梢哉f是名副其實(shí)的國產(chǎn)船?！?/p>

而要真正實(shí)現(xiàn)如今無人船的順利作業(yè)，楚金龍和團(tuán)隊其他研發(fā)人員突破了不少技術(shù)門檻?！跋胱龅剿懙匦我惑w化呈現(xiàn)，最大的瓶頸是，水下和水面的測掃范圍，可能會存在一個盲區(qū)。”楚金龍介紹，這就需要不斷調(diào)整無人船測掃的角度，通過數(shù)據(jù)形成完整的水陸一體化數(shù)據(jù)，“這一塊是有一定技術(shù)難度的?！?/p>

“其次，對于這樣的水陸一體化無人船，既要收集水下的數(shù)據(jù)，又要收集陸地的數(shù)據(jù)。水上數(shù)據(jù)的采集頻率高于水下，那么如何實(shí)現(xiàn)兩個部分?jǐn)?shù)據(jù)的綜合？還要實(shí)時三維動態(tài)呈現(xiàn)？這就對算力有一定挑戰(zhàn)了。”楚金龍?zhí)寡?，難點(diǎn)之一在于需處理的數(shù)據(jù)量大，另外對數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度要求高，對軟件的數(shù)據(jù)交換能力也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

“所以無人船本身有一個專門的模塊，就是對這個部分的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲計算。這個軟件也是我們自主研發(fā)的。從船體制造、設(shè)備搭載、數(shù)據(jù)共享和傳輸，全程介入研發(fā)?！?/p>

無人船在清遠(yuǎn)飛來峽作業(yè)。

未來的技術(shù)研發(fā)，楚金龍和團(tuán)隊希望側(cè)重兩個方面。一方面，更大程度深挖無人船的水下功能，更好實(shí)現(xiàn)水陸地形測量?！傲硪环矫妫覀兿氚阉龅酶悄?，在后期的數(shù)據(jù)分析中加入AI智能分析，降低人工處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜度，相當(dāng)于起一個輔助作用?！?/p>

如今，有賴于無人船的廣泛應(yīng)用，無論是在河涌還是水庫，只要是跟水有關(guān)的場景，都可以做個“全面體檢”?！耙郧拔覀兛赡軟]有辦法做到的，現(xiàn)在有了這艘船，也能夠?qū)λ虑闆r有基本把握了。無論是‘救急’也好，‘體檢’也好，都能夠起到作用了?！?/p>

無人船和水下機(jī)器人經(jīng)常搭檔干活。

未來已來

水下機(jī)器人，助力防汛搶險第一線

除了無人船，水下機(jī)器人是近些年應(yīng)用較為廣泛的另一項(xiàng)水利“黑科技”。

廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司工程師羊海明介紹，水下機(jī)器人可以深入到洪澇災(zāi)害第一線，能代替潛水員在水下環(huán)境惡劣、兇險情況下開展水下勘察、探險等工作，極大地提高了水下危險環(huán)境中的作業(yè)效率，有效減少了潛水作業(yè)的風(fēng)險，是近些年防汛搶險的黑科技。

一方面，可以利用水下機(jī)器人進(jìn)行水下搜索，提供有效的救援支持；另一方面可以精準(zhǔn)定位水下的堵點(diǎn)漏點(diǎn)，為處置管涌、滲漏險情提供技術(shù)支撐；水下機(jī)器人還可以用來勘察大壩、水閘、橋墩的結(jié)構(gòu)情況，比如搭載的水下聲納可以查明建筑物基礎(chǔ)淘空的位置和范圍，水下視頻攝像可以檢查水閘閘墩和閘前淤積情況等，為下一步處置險情提供技術(shù)支撐。

“總的來說，與傳統(tǒng)防汛、救災(zāi)工作方式相比，無人船、水下機(jī)器人等智能化設(shè)備小巧輕便，具有機(jī)動靈活、高效快速、精細(xì)準(zhǔn)確、作業(yè)范圍廣等優(yōu)勢，可有效避免防汛救援人員自身的安全風(fēng)險，效率更高，傳遞汛情更精準(zhǔn)，為應(yīng)急處置提供參考依據(jù)，更智能化地保障人民生命財產(chǎn)。”羊海明介紹。

采寫：南都記者 董曉妍