任敬宏 劉美玲 牛晨昊

摘要：無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活的起降方式、低空循跡的自主飛行方式，具有快速響應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取能力，應(yīng)用到水利工程中具有重要作用。利用無人機(jī)攜帶相關(guān)設(shè)備及時(shí)獲知遙感航空影像和工程數(shù)據(jù)，便于及時(shí)構(gòu)建三維模型，為工程提供直觀的分析和科學(xué)決策手段。本文簡(jiǎn)單探討無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);水利工程;無人機(jī)技術(shù);水利測(cè)量

我國(guó)有面積廣闊的季風(fēng)氣候區(qū)，海陸熱力性質(zhì)的巨大差異，形成了我國(guó)降水時(shí)空分布的不均勻性，旱澇災(zāi)害頻發(fā)。隨著我國(guó)水利基礎(chǔ)設(shè)施的完善，水利信息化水平的不斷提高，結(jié)合了先進(jìn)的空間技術(shù)、通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的信息化測(cè)繪技術(shù)在水利工程測(cè)量的實(shí)踐中應(yīng)用日趨廣泛，為水利工程的設(shè)計(jì)和施工提供了精確、直觀的數(shù)據(jù)分析，提高了工程決策的科學(xué)性。近年來，隨著無人機(jī)的使用，起降方式機(jī)動(dòng)靈活，自主飛行，低空循跡，快速獲得數(shù)據(jù)資料，尤其是無人機(jī)中的相關(guān)設(shè)備，能夠?qū)τ诤娇沼跋窈凸こ虜?shù)據(jù)進(jìn)行收集，有利于三維模型的構(gòu)建，為工程的科學(xué)決策奠定了基礎(chǔ)。

1、無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用

水利工程在我國(guó)擁有悠久的歷史，由于水利直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水利工程是民族生存及發(fā)展的重要命脈，從大禹治水開始，人們就不斷的研究水資源的管理及利用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及遙感測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，信息化測(cè)繪技術(shù)逐漸應(yīng)用到水利工程中。

1.1 無人機(jī)在水利工程中應(yīng)用范圍

在水利行業(yè)中，工程建設(shè)及工程管理過程中涉及工程建設(shè)環(huán)境評(píng)價(jià)、大型水利工程的安全監(jiān)測(cè)等，都可以應(yīng)用無人機(jī)進(jìn)行低空遙感，完成快速測(cè)繪及信息監(jiān)測(cè)，具有數(shù)據(jù)分辨率高、實(shí)施快速等優(yōu)點(diǎn)。利用無人機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，圖像分辨率高等特點(diǎn)，結(jié)合空間信息技術(shù)手段，將高分辨率影像和高精度GPS系統(tǒng)結(jié)合起來，為工程生態(tài)環(huán)境提高直觀的分析和科學(xué)決策的依據(jù)，為大型提防工程、水庫及其他水利工程提高有效的安全監(jiān)測(cè)。

1.2無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用分析

1）無人機(jī)在水利工程測(cè)繪中的具體應(yīng)用

普通航空攝影也可以用于工程測(cè)繪，但是由于缺乏靈活性，對(duì)于云下圖像的獲取難度也很大，衛(wèi)星遙感時(shí)效性不高，分辨率低，為此，在水利工程的測(cè)繪實(shí)踐中，往往需要重復(fù)測(cè)繪，工作效率不高。隨著無人機(jī)的使用，在機(jī)體上荷載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備，借助于遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并與3S技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行有效的觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理。通過無人機(jī)技術(shù)的使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集和快速處理。另一方面，通過無人機(jī)技術(shù)的使用，無人機(jī)遙感圖像技術(shù)能夠?qū)⒉煌瑫r(shí)段的監(jiān)測(cè)圖像進(jìn)行假彩色合成，從而對(duì)工程不同區(qū)域內(nèi)水域的狀況進(jìn)行分析，為科學(xué)決策提供有效信息。

2）無人機(jī)在水利工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和水域環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

我國(guó)水資源儲(chǔ)量豐富，流域眾多，河流面積廣，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。通過無人機(jī)技術(shù)的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水域變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，掌握基本的水域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為水域的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)奠定基礎(chǔ)，并逐步實(shí)現(xiàn)水域管理的信息化，為水利管理的現(xiàn)代化鋪平道路。

3）無人機(jī)在水利工程水土保持中的具體應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在各種因素的共同作用下，我國(guó)水土流失的問題日趨嚴(yán)重，甚至成為了最主要的環(huán)境問題之一。尤其是水利工程的建設(shè)，對(duì)流域內(nèi)水土流失情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，人工處理方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，準(zhǔn)確性不高。隨著無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)土壤侵蝕定量來對(duì)水土保持進(jìn)行研究。通過獲取的遙感圖像，能夠?qū)λ亮魇栴}進(jìn)行分析，并制定合理的改善策略，確保水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

2、無人機(jī)在水利工程測(cè)量中的有效運(yùn)用

2.1概述

無人機(jī)技術(shù)在水利工程測(cè)量中的具體應(yīng)用，主要涉及無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)要想正常發(fā)揮功能，就必須保證飛行平臺(tái)、飛行導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、數(shù)碼攝像設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸、地面監(jiān)控、發(fā)射與回收、地面保障設(shè)備等系統(tǒng)均處于正常工作狀態(tài)。

無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)有著廣泛的實(shí)踐應(yīng)用，尤其是在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害勘察、礦產(chǎn)資源勘探、海洋資源勘察、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，無人機(jī)技術(shù)有著重要的應(yīng)用。值得一提的是，無人機(jī)在水利工程測(cè)量中也有著廣泛的應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，需要根據(jù)地面分辨率、航攝范圍、時(shí)間、航線布設(shè)及影像重疊度等進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保應(yīng)用效果。

2.2作業(yè)方案

本文以某水利工程的測(cè)繪工作為例，對(duì)無人機(jī)技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)用方案進(jìn)行了探討。在本次測(cè)繪任務(wù)中，無人機(jī)低空攝影測(cè)量系統(tǒng)在設(shè)計(jì)測(cè)繪任務(wù)時(shí)，將其劃分成7個(gè)架次。在測(cè)繪過程中，平面控制網(wǎng)布設(shè)了四等GPS網(wǎng)，GPS標(biāo)石點(diǎn)共埋設(shè)了24個(gè)，并需要對(duì)3個(gè)國(guó)家三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。關(guān)于高程控制，本次測(cè)繪工作所采用的是四、五等集合水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)量成果。關(guān)于像控點(diǎn)，區(qū)域網(wǎng)布設(shè)方案是非常適合本次測(cè)量工作實(shí)踐的設(shè)計(jì)方案，航向相鄰兩個(gè)像控點(diǎn)之間的跨度控制在8-12條基線之間。為了保證測(cè)繪工作順利開展，像控點(diǎn)的位置也至關(guān)重要，為此，一般選擇在航向及旁向六片或五片的重疊范圍內(nèi)。在實(shí)際測(cè)量工作中，通過GPS-RTK方式對(duì)像控點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，確定其三維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)采集的條件為固定解狀態(tài)HRMS和VRMS均不高于0.02m[4]，并以兩次測(cè)量值的平均值作為最終測(cè)量結(jié)果。

2.3具體實(shí)施的相關(guān)內(nèi)容

無人機(jī)在水利工程測(cè)量的具體應(yīng)用過程中，主要對(duì)工程進(jìn)行了低空攝影測(cè)量、空中三角測(cè)量。關(guān)于低空攝影測(cè)量，采用Canon 5D Mark II航攝儀對(duì)水利工程進(jìn)行測(cè)量，累計(jì)航線36條，拍攝照片3383張。拍攝焦距0.035mm，絕對(duì)高度1200米，基線距離190m，航線距離528m，平均分辨率為0.16，航向重疊度為68.58%，旁向重疊度為41.65%。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，誤差均符合相關(guān)要求，表明無人機(jī)航攝的質(zhì)量均符合各項(xiàng)指標(biāo)。關(guān)于空中三角測(cè)量，在VirtuoZo數(shù)字化攝影測(cè)量工作站下，對(duì)空中三角測(cè)量進(jìn)行加密，加密軟件為Inpho，為了保證工作效率，本次測(cè)量所采用的加密方法為分區(qū)加密。空三加密點(diǎn)是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)匹配的，在Inpho軟件中，自帶平差結(jié)算功能，能夠?qū)^(qū)域網(wǎng)平差進(jìn)行計(jì)算，提高測(cè)量精度。為了保證檢測(cè)的精確度，需要改正航片畸變，設(shè)置信息文件和相機(jī)文件，做好像點(diǎn)匹配、航帶連接和外業(yè)像控點(diǎn)的平差處理等工作，同時(shí)還要做好必要的質(zhì)量檢查工作。

3、結(jié)束語

無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到水利工程中，遙感技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的整合。通過無人機(jī)能夠?qū)λこ虒?shí)施測(cè)繪、對(duì)水域?qū)嵤﹦?dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、有利于確保水利工程的重要作用，對(duì)水利工程具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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