無人機低空遙感技術在水利上的應用探討

袁楠奇

【摘要】 無人機遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing），通常意義上講就是利用先進的無人機飛行器的飛行技能、搭載的遙控控制技術、通信、定位、攝影等功能，以此達到智能化、自動化、高效、快速反應的數據采集處理能力。以達到數據建模、遙感數據處理、采取相應措施與分析應用技術。本文探究了無人機低空遙感技術的發展、應用特點等，就無人機低空遙感技術在水利相關方面的應用做出重點探討，如水利中的監測自然災害、水域動態監測、水利工程監測與攝影等。無人機技術的應用不僅能夠加強水利相關領域的管控，它也是我國智能制造、人工智能發展的重要體現。

【關鍵詞】 無人機 遙感技術 水利 應用

近年來，全球氣候的極具變化不僅對人們的生活生產造成嚴重的影響，還對水利資源、水利建設帶來的很大的挑戰，水資源環境的利用與保護受到越來越多的人關注。水利相關領域的管控受到國家和地方的重視，這給無人機水利資源的利用也帶來的難得的發展機遇。無人機因體積小、機動性強、具備多種獲取低空資源的能力，在水利相關管理上也逐漸得到了發展應用。無人機所搭載的低空遙感技術是以低空飛行的無人機為載體，搭載高分辨率影像采集系統，熱成像系統等多種信息采集系統，對探測領域內的目標物進行識別、揭示其幾何、物理性質和相互關系。無人機低空遙感技術可應用于防災減災、水域動態監測、水利工程建設與管理、水土保持等水利相關業務。本文主要以無人機低空遙感技術為導向，探究了低空遙感技術在水利防汛抗旱與水利工程管理等方面的應用，得到了未來無人機在水利建設方面的推廣示范和引領意義。

一、無人機低空遙感技術的發展

無人機的研制源于國外，早期主要應用在軍事上，近期逐漸擴展到民用遙感飛行平臺。美國在20世紀60年代就開始用低空遙感飛行器作為空中氣象偵查平臺。隨著計算機技術、通訊技術的迅速發展以及各種數字化、體積小、重量輕、探測精度高的新型傳感器的不斷出現，使無人機低空遙感技術的性能不斷提高，應用領域迅速拓展。無人機可分為固定翼型、旋翼型和飛艇等種類。飛艇的飛行因受大風和雷雨的氣候條件影響比較大，穩定性差，較少應用于航測遙感。受限于電池性能和飛行速度，旋翼型無人機一般適用于小范圍動態監測。固定翼型無人機抗風能力強、飛行速度快、穩定性高，是類型最多、應用最廣的低空遙感平臺。以中國測繪科學研究院研制的UAVRS-II低空遙感監測系統，中科院遙感所自主研發的IRSA系列專業航空遙感系統為代表的油動長航型無人機，其特點是航時長、航程遠、航高高，適合做大面積航攝項目。超小型的低空遙感平臺主要優勢體現在機動靈活、快速反應、任務現場擇地就近起飛。比較有代表性的是美國天寶Trimble UX5 固定翼低空遙感系統。

二、無人機技術應用特點

1.快速機動的響應能力。低空無人機飛行器具有起落時間短、操作方便、便于運輸等特點。其搭載的遙感系統可以快速對監測區域進行收集數據。對于一些復雜地形，危險區域等具有快速機動響應能力，能在第一時間做出迅速反應。

2.高清影像與精準定位的數據收集能力。無人機搭載的影像收集系統可以拍攝清楚的區域影像資料，其具有精準的定位能力。除此之外，還能對監測區域的特殊目標進行全色、單波、多波等多角度拍攝。整個低空遙感系統具有快速反應、快速處理數據、分析梳理數據以及與其他系統共同作用的能力。對于一些復雜地形，能夠獲得較為清晰的影像資料，為后續工作提供一手準確信息。

3.多種任務設備的應用拓展能力。無人機處理本體的低空遙感系統以外，還搭載很多不同類型的小型遙感系統，如高清攝像頭、雷達系統、熱成像監測儀等。不同類型的遙感系統能拓寬監測的功能，以滿足多種監測需求。可以達到高清成像、紅外線熱成像、雷達監測等多種拓展能力。

4.運營成本低廉。無人機低空遙感系統因體積小，材料普通，系統構架容易實現等。因此具有運營成本、維護成本和操控手的培養成本遠遠低于其他遙感系統。

5.滿足測量精度要求。無人機低空遙感系統既可發揮航拍的作用，又可基于后續處理達到成果的精度要求。原始相片最高分辨率在10cm之內，影像成果至少達到1：2000成圖精度。能夠對于一些重要地形及目標進行高精度測量。

三、無人機低空遙感技術在水利上的應用

1.防災減災的應用。1.定期監測過舊、高危等關鍵性水利設施。在正常的防汛工作里，無人機能夠穿越高危地帶、到達交通不便的地區，全方位監測時間久遠的大壩、堤防和水庫、堤防險工險段。能夠使維修人員及時對水利設備進行維修，減少人為查看的時間、精力。極大方便了水利設備的維修與檢測。2.提升預警監測水平。利用航拍正射影像和數字高程模型，生成三維模型，模擬災害過程及災后損失，建立相關的減災救災預警數據庫，有利于提高災害預警的準確性。例如，防洪指揮系統根據假定水位高程，自動生成淹沒區并計算統計受災面積和損失。3.提供客觀、及時的災情信息。根據無人機航測遙感影像，直觀獲知災情狀況、強度及分布情況，實時傳回指揮中心，能夠準確給出當時火災現場的時實情況，避免出現因人為表述而意見不同的決策。能夠及時有效制定救災指揮措施，避免災害救助的盲目性。4. 評估災害損失、監督災后重建進展。通過對比災害前后獲取的影像數據，利用無人機遙感技術能夠準確對災害進行評估與判斷。遙感影像可以作為災區災后重建規劃的依據。

2、水域動態監測的應用。隨著自然經濟的利用與發展，以前收集的很多水系資料、流域情況已經不能準確反映當前該水系的情況。利用無人機遙感技術對當前水域進行重新監測與數據收集，能夠快速、準確、方便對流域情況進行監測。節省大量人力、物力。利用無人機遙感技術對現有的水域資料進行更新與變更。對水域使用情況、邊界劃分等進行全面測量，通過后續的數據處理工作，產生數字影像的水域地形圖。建立省市縣不同機構的聯控系統，對每一條河流的類型、面積、水量、歸屬等建立有效的信息分享機制，達到各級共享、自動交換、信息共享的水域動態監測數據庫和管理系統。除此之外，還要對河堤的變化、非法占有水域等進行監測，為加強河道水域發展趨勢、水域執法等提供有效的影像數據。之外，無人機遙感監測數據和能夠用在水利建設、水利規劃、航運開發等。endprint

3、水利工程建設與管理的應用。無人機搭載的低空遙感系統所快速、準確、高效收集的數據，在水利工程建設與管理上影響決策與分析評估、大型水利安全監測等，在該領域也能發揮特殊的作用。利用無人機遙感的高清成像、機動靈活等特征，可以為工程生態環境提供宏觀的科學數據和決策依據。同時，能夠監測水域區域的植被情況、土壤、土質、水域范圍等進行監測。利用空間信息技術手段，無人機的高分辨率遙感影像以及高精度GPS系統相結合的方法，還可以進行大型水庫和堤防工程的建設施工監測工作。

4、水土保持監測的應用。無人機遙感系統拍攝的高清影像能真實地反映了研究范圍內建設期所造成的水土流失狀況、強度及分布情況。對崩塌、滑坡、泥石流等進行低空近景攝影測量監測。無人機系統獲取的動態視頻和靜態影像能夠幫助了解典型區域水土流失發展趨勢、發生特點和現狀等。

5、其他方面應用。測區動態視頻和靜態影像用于項目成果宣傳，數字三維模型可繪制等高線、斷面圖，用于工程土方量、面積計算和洪水淹沒區分析等，為洪水風險圖編制以及避洪搶險路徑分。

四、結語

市場需求的改變和測繪技術的革新是密不可分的，通過具體工程應用表明，低空遙感技術以自身優點彌補了衛星遙感影像分辨率不高、傳統航空攝影成本高、人工調查效率低等問題，從多方位、多角度、多樣式掌握第一手詳細信息，為科學地制定水利規劃、防汛調度和應急救災提供決策支持，使相關的政府部門對各區域水利信息了解更加全面、對突發事件的反應更加迅速、人員之間的協調更加充分、決策更加有依據，盡可能減少臺風洪澇災害和干旱缺水給人民群眾帶來的損失，為信息化建設和水利事業發展提供技術支撐和保障服務。

參 考 文 獻

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