袁楠奇

【摘要】 無(wú)人機(jī)遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing），通常意義上講就是利用先進(jìn)的無(wú)人機(jī)飛行器的飛行技能、搭載的遙控控制技術(shù)、通信、定位、攝影等功能，以此達(dá)到智能化、自動(dòng)化、高效、快速反應(yīng)的數(shù)據(jù)采集處理能力。以達(dá)到數(shù)據(jù)建模、遙感數(shù)據(jù)處理、采取相應(yīng)措施與分析應(yīng)用技術(shù)。本文探究了無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用特點(diǎn)等，就無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在水利相關(guān)方面的應(yīng)用做出重點(diǎn)探討，如水利中的監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害、水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水利工程監(jiān)測(cè)與攝影等。無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠加強(qiáng)水利相關(guān)領(lǐng)域的管控，它也是我國(guó)智能制造、人工智能發(fā)展的重要體現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】 無(wú)人機(jī) 遙感技術(shù) 水利 應(yīng)用

近年來(lái)，全球氣候的極具變化不僅對(duì)人們的生活生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，還對(duì)水利資源、水利建設(shè)帶來(lái)的很大的挑戰(zhàn)，水資源環(huán)境的利用與保護(hù)受到越來(lái)越多的人關(guān)注。水利相關(guān)領(lǐng)域的管控受到國(guó)家和地方的重視，這給無(wú)人機(jī)水利資源的利用也帶來(lái)的難得的發(fā)展機(jī)遇。無(wú)人機(jī)因體積小、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、具備多種獲取低空資源的能力，在水利相關(guān)管理上也逐漸得到了發(fā)展應(yīng)用。無(wú)人機(jī)所搭載的低空遙感技術(shù)是以低空飛行的無(wú)人機(jī)為載體，搭載高分辨率影像采集系統(tǒng)，熱成像系統(tǒng)等多種信息采集系統(tǒng)，對(duì)探測(cè)領(lǐng)域內(nèi)的目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別、揭示其幾何、物理性質(zhì)和相互關(guān)系。無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)可應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)、水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、水利工程建設(shè)與管理、水土保持等水利相關(guān)業(yè)務(wù)。本文主要以無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)為導(dǎo)向，探究了低空遙感技術(shù)在水利防汛抗旱與水利工程管理等方面的應(yīng)用，得到了未來(lái)無(wú)人機(jī)在水利建設(shè)方面的推廣示范和引領(lǐng)意義。

一、無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的發(fā)展

無(wú)人機(jī)的研制源于國(guó)外，早期主要應(yīng)用在軍事上，近期逐漸擴(kuò)展到民用遙感飛行平臺(tái)。美國(guó)在20世紀(jì)60年代就開(kāi)始用低空遙感飛行器作為空中氣象偵查平臺(tái)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種數(shù)字化、體積小、重量輕、探測(cè)精度高的新型傳感器的不斷出現(xiàn)，使無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)的性能不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓展。無(wú)人機(jī)可分為固定翼型、旋翼型和飛艇等種類(lèi)。飛艇的飛行因受大風(fēng)和雷雨的氣候條件影響比較大，穩(wěn)定性差，較少應(yīng)用于航測(cè)遙感。受限于電池性能和飛行速度，旋翼型無(wú)人機(jī)一般適用于小范圍動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。固定翼型無(wú)人機(jī)抗風(fēng)能力強(qiáng)、飛行速度快、穩(wěn)定性高，是類(lèi)型最多、應(yīng)用最廣的低空遙感平臺(tái)。以中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院研制的UAVRS-II低空遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，中科院遙感所自主研發(fā)的IRSA系列專(zhuān)業(yè)航空遙感系統(tǒng)為代表的油動(dòng)長(zhǎng)航型無(wú)人機(jī)，其特點(diǎn)是航時(shí)長(zhǎng)、航程遠(yuǎn)、航高高，適合做大面積航攝項(xiàng)目。超小型的低空遙感平臺(tái)主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在機(jī)動(dòng)靈活、快速反應(yīng)、任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)擇地就近起飛。比較有代表性的是美國(guó)天寶Trimble UX5 固定翼低空遙感系統(tǒng)。

二、無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

1.快速機(jī)動(dòng)的響應(yīng)能力。低空無(wú)人機(jī)飛行器具有起落時(shí)間短、操作方便、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。其搭載的遙感系統(tǒng)可以快速對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行收集數(shù)據(jù)。對(duì)于一些復(fù)雜地形，危險(xiǎn)區(qū)域等具有快速機(jī)動(dòng)響應(yīng)能力，能在第一時(shí)間做出迅速反應(yīng)。

2.高清影像與精準(zhǔn)定位的數(shù)據(jù)收集能力。無(wú)人機(jī)搭載的影像收集系統(tǒng)可以拍攝清楚的區(qū)域影像資料，其具有精準(zhǔn)的定位能力。除此之外，還能對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的特殊目標(biāo)進(jìn)行全色、單波、多波等多角度拍攝。整個(gè)低空遙感系統(tǒng)具有快速反應(yīng)、快速處理數(shù)據(jù)、分析梳理數(shù)據(jù)以及與其他系統(tǒng)共同作用的能力。對(duì)于一些復(fù)雜地形，能夠獲得較為清晰的影像資料，為后續(xù)工作提供一手準(zhǔn)確信息。

3.多種任務(wù)設(shè)備的應(yīng)用拓展能力。無(wú)人機(jī)處理本體的低空遙感系統(tǒng)以外，還搭載很多不同類(lèi)型的小型遙感系統(tǒng)，如高清攝像頭、雷達(dá)系統(tǒng)、熱成像監(jiān)測(cè)儀等。不同類(lèi)型的遙感系統(tǒng)能拓寬監(jiān)測(cè)的功能，以滿足多種監(jiān)測(cè)需求。可以達(dá)到高清成像、紅外線熱成像、雷達(dá)監(jiān)測(cè)等多種拓展能力。

4.運(yùn)營(yíng)成本低廉。無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)因體積小，材料普通，系統(tǒng)構(gòu)架容易實(shí)現(xiàn)等。因此具有運(yùn)營(yíng)成本、維護(hù)成本和操控手的培養(yǎng)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他遙感系統(tǒng)。

5.滿足測(cè)量精度要求。無(wú)人機(jī)低空遙感系統(tǒng)既可發(fā)揮航拍的作用，又可基于后續(xù)處理達(dá)到成果的精度要求。原始相片最高分辨率在10cm之內(nèi)，影像成果至少達(dá)到1：2000成圖精度。能夠?qū)τ谝恍┲匾匦渭澳繕?biāo)進(jìn)行高精度測(cè)量。

三、無(wú)人機(jī)低空遙感技術(shù)在水利上的應(yīng)用

1.防災(zāi)減災(zāi)的應(yīng)用。1.定期監(jiān)測(cè)過(guò)舊、高危等關(guān)鍵性水利設(shè)施。在正常的防汛工作里，無(wú)人機(jī)能夠穿越高危地帶、到達(dá)交通不便的地區(qū)，全方位監(jiān)測(cè)時(shí)間久遠(yuǎn)的大壩、堤防和水庫(kù)、堤防險(xiǎn)工險(xiǎn)段。能夠使維修人員及時(shí)對(duì)水利設(shè)備進(jìn)行維修，減少人為查看的時(shí)間、精力。極大方便了水利設(shè)備的維修與檢測(cè)。2.提升預(yù)警監(jiān)測(cè)水平。利用航拍正射影像和數(shù)字高程模型，生成三維模型，模擬災(zāi)害過(guò)程及災(zāi)后損失，建立相關(guān)的減災(zāi)救災(zāi)預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)，有利于提高災(zāi)害預(yù)警的準(zhǔn)確性。例如，防洪指揮系統(tǒng)根據(jù)假定水位高程，自動(dòng)生成淹沒(méi)區(qū)并計(jì)算統(tǒng)計(jì)受災(zāi)面積和損失。3.提供客觀、及時(shí)的災(zāi)情信息。根據(jù)無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感影像，直觀獲知災(zāi)情狀況、強(qiáng)度及分布情況，實(shí)時(shí)傳回指揮中心，能夠準(zhǔn)確給出當(dāng)時(shí)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)實(shí)情況，避免出現(xiàn)因人為表述而意見(jiàn)不同的決策。能夠及時(shí)有效制定救災(zāi)指揮措施，避免災(zāi)害救助的盲目性。4. 評(píng)估災(zāi)害損失、監(jiān)督災(zāi)后重建進(jìn)展。通過(guò)對(duì)比災(zāi)害前后獲取的影像數(shù)據(jù)，利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠準(zhǔn)確對(duì)災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估與判斷。遙感影像可以作為災(zāi)區(qū)災(zāi)后重建規(guī)劃的依據(jù)。

2、水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。隨著自然經(jīng)濟(jì)的利用與發(fā)展，以前收集的很多水系資料、流域情況已經(jīng)不能準(zhǔn)確反映當(dāng)前該水系的情況。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)當(dāng)前水域進(jìn)行重新監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)收集，能夠快速、準(zhǔn)確、方便對(duì)流域情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。節(jié)省大量人力、物力。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的水域資料進(jìn)行更新與變更。對(duì)水域使用情況、邊界劃分等進(jìn)行全面測(cè)量，通過(guò)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理工作，產(chǎn)生數(shù)字影像的水域地形圖。建立省市縣不同機(jī)構(gòu)的聯(lián)控系統(tǒng)，對(duì)每一條河流的類(lèi)型、面積、水量、歸屬等建立有效的信息分享機(jī)制，達(dá)到各級(jí)共享、自動(dòng)交換、信息共享的水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和管理系統(tǒng)。除此之外，還要對(duì)河堤的變化、非法占有水域等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為加強(qiáng)河道水域發(fā)展趨勢(shì)、水域執(zhí)法等提供有效的影像數(shù)據(jù)。之外，無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和能夠用在水利建設(shè)、水利規(guī)劃、航運(yùn)開(kāi)發(fā)等。endprint

3、水利工程建設(shè)與管理的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)搭載的低空遙感系統(tǒng)所快速、準(zhǔn)確、高效收集的數(shù)據(jù)，在水利工程建設(shè)與管理上影響決策與分析評(píng)估、大型水利安全監(jiān)測(cè)等，在該領(lǐng)域也能發(fā)揮特殊的作用。利用無(wú)人機(jī)遙感的高清成像、機(jī)動(dòng)靈活等特征，可以為工程生態(tài)環(huán)境提供宏觀的科學(xué)數(shù)據(jù)和決策依據(jù)。同時(shí)，能夠監(jiān)測(cè)水域區(qū)域的植被情況、土壤、土質(zhì)、水域范圍等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。利用空間信息技術(shù)手段，無(wú)人機(jī)的高分辨率遙感影像以及高精度GPS系統(tǒng)相結(jié)合的方法，還可以進(jìn)行大型水庫(kù)和堤防工程的建設(shè)施工監(jiān)測(cè)工作。

4、水土保持監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)拍攝的高清影像能真實(shí)地反映了研究范圍內(nèi)建設(shè)期所造成的水土流失狀況、強(qiáng)度及分布情況。對(duì)崩塌、滑坡、泥石流等進(jìn)行低空近景攝影測(cè)量監(jiān)測(cè)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)獲取的動(dòng)態(tài)視頻和靜態(tài)影像能夠幫助了解典型區(qū)域水土流失發(fā)展趨勢(shì)、發(fā)生特點(diǎn)和現(xiàn)狀等。

5、其他方面應(yīng)用。測(cè)區(qū)動(dòng)態(tài)視頻和靜態(tài)影像用于項(xiàng)目成果宣傳，數(shù)字三維模型可繪制等高線、斷面圖，用于工程土方量、面積計(jì)算和洪水淹沒(méi)區(qū)分析等，為洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制以及避洪搶險(xiǎn)路徑分。

四、結(jié)語(yǔ)

市場(chǎng)需求的改變和測(cè)繪技術(shù)的革新是密不可分的，通過(guò)具體工程應(yīng)用表明，低空遙感技術(shù)以自身優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了衛(wèi)星遙感影像分辨率不高、傳統(tǒng)航空攝影成本高、人工調(diào)查效率低等問(wèn)題，從多方位、多角度、多樣式掌握第一手詳細(xì)信息，為科學(xué)地制定水利規(guī)劃、防汛調(diào)度和應(yīng)急救災(zāi)提供決策支持，使相關(guān)的政府部門(mén)對(duì)各區(qū)域水利信息了解更加全面、對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)更加迅速、人員之間的協(xié)調(diào)更加充分、決策更加有依據(jù)，盡可能減少臺(tái)風(fēng)洪澇災(zāi)害和干旱缺水給人民群眾帶來(lái)的損失，為信息化建設(shè)和水利事業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐和保障服務(wù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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