劉 海，唐 哲

（湖南省岳陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局，414000，岳陽(yáng)）

在傳統(tǒng)水文工作中，水資源調(diào)查、河段查勘和洪澇災(zāi)害面積調(diào)查等野外工作主要采用人工徒步和乘船的方式完成。人力查勘行程緩慢，耗時(shí)長(zhǎng)，且有的查勘位置人煙稀少，交通不便，難以找到船只將人員運(yùn)送到指定位置，工作難度大。野外工作一般使用照相機(jī)記錄查勘影像，由于取景范圍、角度和位置的限制，影像信息記錄易碎片化，無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行全影像呈現(xiàn)。水資源調(diào)查、應(yīng)急監(jiān)測(cè)取樣位置通常在河、湖中央，河道情況復(fù)雜、水面漂浮物多、船只缺乏等情況給工作帶來(lái)不便甚至成為障礙；在疫區(qū)取樣時(shí)，接觸疫水易對(duì)工作人員健康造成傷害；在鳥(niǎo)類(lèi)自然保護(hù)區(qū)取樣時(shí)，候鳥(niǎo)遷徙、繁衍對(duì)生態(tài)環(huán)境變化很敏感，常規(guī)采樣船會(huì)給生態(tài)環(huán)境和鳥(niǎo)類(lèi)保護(hù)留下隱患。在應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)，突發(fā)事件發(fā)生水域流速快，水中漂浮物多，出現(xiàn)險(xiǎn)情的斷面情況不明，工作人員駕駛皮劃艇或沖鋒舟拖曳三體測(cè)流船進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測(cè)的安全風(fēng)險(xiǎn)極大。無(wú)人機(jī)應(yīng)用于水文工作后，克服了日常野外工作中空間、地貌和水域環(huán)境因素的不利影響，具備迅捷、高效、易攜帶等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)水文作業(yè)人力密集，依賴(lài)地形、水文環(huán)境，設(shè)備繁重復(fù)雜的問(wèn)題。

一、無(wú)人機(jī)應(yīng)用發(fā)展概述

無(wú)人機(jī)的起源可以追溯到第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)無(wú)人機(jī)大量應(yīng)用于軍事，20世紀(jì)末以后，其應(yīng)用迅速擴(kuò)展至全球的各個(gè)行業(yè)。2006年清明節(jié)期間，湖南高速交警首次采用無(wú)人機(jī)巡航高速公路，實(shí)現(xiàn)全國(guó)首個(gè)“交通+廣播+無(wú)人機(jī)編組+網(wǎng)絡(luò)”的全新調(diào)度指揮模式。

2016年，大岳高速洞庭湖大橋建設(shè)中使用無(wú)人機(jī)牽引先導(dǎo)索系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成功跨越架設(shè)，相比傳統(tǒng)方法采用的人工拽拉、拖輪牽引、熱氣球牽引和直升機(jī)牽引等方式，無(wú)人機(jī)牽引先導(dǎo)索過(guò)江破解主纜施工的技術(shù)瓶頸，具有操控簡(jiǎn)便、快速安全、無(wú)需封航、成本低，不受地形影響等顯著優(yōu)點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，農(nóng)業(yè)植保工作主要依賴(lài)人工進(jìn)行，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，工作效率低，噴灑危險(xiǎn)性高。隨著植保無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，空中無(wú)人化農(nóng)藥噴灑方式正不斷助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。目前，無(wú)人機(jī)正逐步進(jìn)入交通調(diào)度、工程測(cè)量、農(nóng)業(yè)植保、環(huán)境監(jiān)測(cè)、電力巡檢、應(yīng)急救援等領(lǐng)域，應(yīng)用前景更加廣闊。

二、無(wú)人機(jī)在水文工作中的應(yīng)用

機(jī)動(dòng)性高、易攜帶、智能高效是無(wú)人機(jī)的顯著特點(diǎn)。應(yīng)用無(wú)人機(jī)完成高難度的水文野外作業(yè)，可以破解野外復(fù)雜工作環(huán)境限制，有效減輕工作壓力，快速獲取響應(yīng)數(shù)據(jù)，提高工作效率，得到全面、實(shí)時(shí)資料。

采用傳統(tǒng)工具進(jìn)行水資源調(diào)查、河段查勘和洪水調(diào)查工作遭遇野外復(fù)雜環(huán)境阻礙時(shí)，使用便攜式無(wú)人機(jī)航拍實(shí)時(shí)圖傳，可直觀、詳細(xì)地了解現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，為下一步工作奠定基礎(chǔ)。裝載高清攝像頭的無(wú)人機(jī)可以開(kāi)啟4K高清視頻錄像，保存野外環(huán)境的全景影像資料。無(wú)人機(jī)高空航拍高清畫(huà)質(zhì)圖片與錄像可以替代人力查勘，快速確定被調(diào)查河段的流向、水情、植被等實(shí)際情況，避免了人力步行或乘船查勘的遲緩和辛勞。2016年，岳陽(yáng)市水文局開(kāi)展汨羅江大型水文科考時(shí)，大量采用了無(wú)人機(jī)進(jìn)行野外水文地理環(huán)境查勘。在對(duì)汨羅江源頭的幾條疑似河源進(jìn)行溯源時(shí)，對(duì)比傳統(tǒng)辦法人工實(shí)地查勘，利用無(wú)人機(jī)進(jìn)行高空航拍、定位對(duì)比，快速確定汨羅江源頭。

為了估算已發(fā)生的洪水洪峰流量、洪水總量、洪水過(guò)程及其重現(xiàn)期，需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查測(cè)量和資料收集、考證等洪水調(diào)查工作，彌補(bǔ)實(shí)測(cè)水文資料的不足，以便合理可靠地確定水利水電工程的設(shè)計(jì)洪水?dāng)?shù)據(jù)。河道和斷面情況調(diào)查是在洪水流量估算中確定過(guò)水面積、比降、糙率等水力因素的依據(jù)，對(duì)于多沙和斷面沖淤變化較大的河流尤為重要。使用無(wú)人機(jī)查勘洪水發(fā)生河段，調(diào)查河段的流向、水情、河床、植被及地形等情況，快速、全面地確定洪痕高程，得出河段比降，估算出洪峰流量，再根據(jù)歷史資料估算出洪水的重現(xiàn)期。為外業(yè)調(diào)查查勘工作減輕負(fù)擔(dān)，節(jié)省工作時(shí)間，提升工作效率，解決了水文洪水調(diào)查與斷面查勘中傳統(tǒng)人工方法存在的調(diào)查區(qū)域狹小和覆蓋范圍不足的問(wèn)題。

對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)取樣，傳統(tǒng)水文依靠人工乘船完成。在野外湖心、河心采集水樣時(shí)，攜帶船只不便，安全隱患大。乘船在湖、河中取水采樣，消耗大量人力物力財(cái)力，用時(shí)長(zhǎng)，工作效率低。使用改裝可掛載10 kg水樣的無(wú)人機(jī)進(jìn)行取樣，植入智能飛行控制芯片，可使其平穩(wěn)飛到指定地點(diǎn)上方進(jìn)行水質(zhì)取樣，取樣人員在岸上進(jìn)行操作，確保取樣安全。同時(shí)也避免了在鳥(niǎo)類(lèi)自然保護(hù)區(qū)、飲用水水源地、疫區(qū)等特殊環(huán)境取樣時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成干擾，且不受野外環(huán)境的影響，迅捷便利。

在開(kāi)展水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)時(shí)，突發(fā)險(xiǎn)情位置往往缺乏橋梁、船只，野外監(jiān)測(cè)流量時(shí)沒(méi)有水文測(cè)驗(yàn)設(shè)備的工作平臺(tái)。此時(shí)，通過(guò)改裝無(wú)人機(jī)掛載的電波流速儀設(shè)備結(jié)合高清航拍圖傳，便可輕松獲取流速、流態(tài)等水文信息。用無(wú)人機(jī)航拍河道水情、水毀情況和淹沒(méi)區(qū)域情況，完成水文監(jiān)測(cè)、水情監(jiān)測(cè)、受災(zāi)區(qū)域查勘等任務(wù)。2016年汛期在湖南省岳陽(yáng)市華容縣新華垸發(fā)生的潰堤事件中，岳陽(yáng)水文局水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)小組利用無(wú)人機(jī)快速對(duì)垸內(nèi)洪泛區(qū)進(jìn)行航拍調(diào)查，獲取實(shí)時(shí)情況，確定監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)位置，為開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間，快速獲取了第一手精確水文資料，為抗洪救災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。

無(wú)人機(jī)搭載手持電波流速儀開(kāi)展流速測(cè)驗(yàn)

三、結(jié) 論

簡(jiǎn)單、方便、高效是無(wú)人機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，無(wú)人機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)得到顯著提高，越來(lái)越多高性能的無(wú)人機(jī)進(jìn)入水文工作中。無(wú)人機(jī)在航拍查勘、應(yīng)急監(jiān)測(cè)和水質(zhì)取樣中的應(yīng)用有力提高了水文野外作業(yè)效率和野外環(huán)境適應(yīng)能力，為水文信息提供更加及時(shí)準(zhǔn)確的情報(bào)，提高了水文的綜合服務(wù)能力，促進(jìn)了水文現(xiàn)代化、信息化的發(fā)展。