無人機遙感監測技術在河道巡查污染監測中的應用研究

莊寶慶，謝錫剛，朱海，華敏偉

（1.無錫市錫山區水利局，江蘇 無錫 214000；2.無錫錫東新城商務區開發建設管理中心，江蘇 無錫 214000）

0 引言

現如今，我國各地對河道違建及污染監測查詢所運用的方式有兩種，一是進行人工巡查，需要消耗大量的時間和精力，且無法保證實踐操作是否可以完成所工作；二是采用衛星遙感進行調查，雖然覆蓋范圍較廣，應用效率較高，但因為河道所處地理位置過于復雜，衛星遙感影像技術的成本過高，所以在實踐發展中會因受多項因素的影響阻礙技術發展。當前，無人機應用情況相關技術在不斷創新中取得的優異成績，將其和衛星遙感影像技術融合到一起，不僅能解決以往系統運行存在的難題，比如說監測數據不完善、傳遞效率過低、難以滿足時間工作需求等，還可以根據河道管理規定范圍有針對性的獲取疑似違建信息。

1 概述

利用無人機遙感技術進行實景三維巡查。其主要包含任務分為三點：第一，要利用無人機遙感監測獲取高清航拍的影像信息，并從中明確河道清河行動排查的違法事項，對已經整治的違法事項提出標記，并明確其所在的具體范圍。同樣也要標記沒有整治的違法事項，并利用無人機拍攝定位，獲取相對應的影像模型資料；第二，在巡查期間掌握全新的違法事項，并在航拍影像資料中標記說明，而后利用無人機拍攝獲取所對應的影像資料；第三，要掌握每一條河流的分界點，并利用航拍影像資料實施標注[1]。

2 技術路線分析

本文研究的無人機遙感技術，針對河道巡查進行污染監測所涉及到的技術路線分為：

2.1 工作準備

一方面要進行航線設計。這項工作需要根據當前我國對數字航空拍攝提出的規范要求進行研究，并由此明確具體的基準面高程。而拍攝區域要根據檢測區域的實際情況進行設計，本文研究的拍攝項目可以選用航測的形式收集數據，且利用一條河流一個測區的方式進行處理，從而保障實踐研究數據的有效性。另外，無人機航攝范圍覆蓋拍攝區域邊界，確保航向覆蓋超過拍攝邊界線的兩倍基線，旁向覆蓋超過拍攝區邊界通常不低于像幅的50%，最低不少于像幅的35%[2]。另一方面要進行飛行空域的報備處理。利用無人機遙感技術進行河道污染的監測處理，屬于一項航測項目，要利用無人機獲取相關數據。根據我國規定機場進出港方向的50公里以內和進出港左右兩邊5公里以內、機場周邊5公里半徑以內都屬于禁飛區。同時，軍事設備、看守所以及涉密單位上空等都屬于禁飛區。由此可見，在正式監測處理前要對禁飛區進行統計研究，從而保障后續工作具有合理性。

2.2 實地航空拍攝

首先要設置航測的范圍，這一形狀變化是多變的，通常要沿著河道設計，且地面分辨率和圖像重疊率能自動生成任務。其次要設置起飛和降落，在地面控制站選擇適宜的起飛盤旋區域，將降落區域默認成解鎖位置，而后拖動降落盤旋至逆風放向。最后要進行實時監控，在先知差分板自動飛行后，要利用無人機全程遙控，由此實時掌控飛行參數和狀態，假設需要調整任務可以實時發送相關命令。

2.3 航片處理

結合如下圖1所示的作業流程圖分析可知，要進行以下操作：

圖1 作業流程圖

第一，準備原始資料。這項工作所需要的原始資料涉及到控制點的相關數據、POS數據、影像數據。要想保障原始數據的有效性，在檢驗期間所獲取的影像資料要認真檢查是否存在質量不合格的相片。同時，要觀察POS數據文件，避免其中的相片號和影像數據相片號不能一一對應，此時只能選用手動調整[3]。

第二，構建工程并導入數據。首先要打開pix4dmapper，選擇構建新項目，在彈出的對話框中設定工程屬性，選上航拍項目，并輸入工程名字，設置相應路徑，而后選擇Next。其次要添加影像資料。點擊添加圖像，選擇想要加入的影像，這一內容的路徑可以不在工程文件夾中，路徑不能包含中文，選擇Next。最后要設置影像屬性。其中涉及到圖像的坐標系默認為經緯度坐標；地理定位和方向要從文件中選擇POS文件；相機型號要利用軟件自動識別影像相機的模型，而后在明確各項設置后進行下一步。

第三，快速檢查。由于快速處理的數據結果精度較低，但相應的速度會得到提升，所以快速處理可以在飛行現場運用，能在發現問題的同時有序處理。假設快速處理失敗，那么在后續操作可能會出現相同，結果。點擊運行選擇本地處理，在軟件運行結束后要快速處理所獲取的影像拼圖，并檢查相應的質量報告。一般來講，質量報告主要存在兩項問題，一方面是指數據集，另一方面是指相機參數的優化質量。前者在快速處理中會匹配相應的影像，因此只需要保障大部分影像資料都得到準確匹配即可。假設沒有就代表飛行期間的相片間的重疊度不高，抑或是相片質量過低；后者初期所獲取的相機焦距和計算獲取的相機焦距之間誤差不能超過5%，不然就代表初期選擇的相機模型存在誤差，需要工作人員重新調整。

在完成上述操作后，利用無人機遙感技術進行污染監測，還需要對最終獲取的成果進行驗收處理，注重將相關數據文件上交到有關部門，以此為后續調查研究提供有效依據。

3 基于無人機遙感技術的河道巡查信息系統開發

3.1 關鍵技術

要想在河道巡查污染監測中合理運用無人機遙感監測技術，最重要的是利用地理信息系統構建相應的巡查監測系統，并在計算機軟硬件的支持下，直觀呈現河道周邊疑似違規的建筑信息。這樣不僅能幫助工作人員準確查詢違規建筑目標的數據信息，還可以對相關圖像信息進行統一管理和定位，以此保障河道巡查污染監測工作可以有序進行。在系統設計期間，要利用B/S架構和數據庫儲存無人機遙感技術提取的各項信息，并利用JSON、Java Script技術開發設計網頁端功能[4]。具體如下圖1所示：

圖2 系統結構圖

在系統設計期間，巡查視頻和地圖聯動都屬于運行管理的關鍵技術之一。換句話說，利用無人機遙感監測技術所獲取的河道巡查特定位置，可以在系統地圖上進行動態定位，由此幫助系統用戶實時更新。為了在系統運行中科學采用所設計的各項模塊功能，要在解析視頻圖像地理位置的基礎上，利用時間軸獲取所對應的文件信息，并將其儲存到系統當中。而利用無人機巡查河道的過程中，要根據Ckplayer監聽函數確定現階段的具體時間，得到所在的空間信息，促使用戶可以在實踐操作中準確掌握實時變化的位置數據，以此為河道污染檢查奠定基礎保障。

3.2 系統實現

針對無人機遙感監測技術所獲取的圖像信息構建完善的數據庫，需要利用Microsoft SQL Server2008，地理信息系統服務器是Super Map iS而ver8C。此時，系統在運行期間可以將各地地圖的網絡切片服務看作是地理地圖，促使用戶可以隨時切換不同的應用模塊，且可以在操作中完成基礎信息的刪減和儲存等工作。

從實踐角度來看，本文概述系統具有以下功能：首先，巡查河道可以選用無人機、GPS定位、遙感技術等全面掌握監測區域各項數據的變化資料，并運用流媒體技術直接播放相關內容，觀看視角可以清晰覆蓋河流兩岸和周邊規定范圍；其次，河流定位功能可以讓無人機嚴格按照規定航線進行航拍，同時也可以將所標記污染區域的地理信息傳遞到系統中，并根據系統內部的矢量圖可以調整為網絡地圖，這樣有助于系統用戶根據空間分析掌握河流區域的基礎信息，比如說名字、所在區域、時間變化等；最后，可以查閱分析違章詳情，這一內容會按照表格的方式呈現在系統中，其中涉及到違規建筑的區域列表、坐標等。點擊定位好的違章標記，可以直接獲取無人機遙感技術所獲取的違規拍攝視頻和全景圖等內容[5]。

4 結語

綜上所述，在新時代背景下，隨著河道巡查污染監測工作越發復雜，各地在轉變傳統管理模式的同時，開始利用現代化技術進行創新與優化。無人機作為一種全新的拍攝手段，在實踐應用中具有極強的靈活性和高效性，實際成本支出也非常低，將其運用到河道巡查污染監測工作中，不僅能獲取清晰且優質的全景視頻和圖片，還可以根據有關信息對違規污染區域進行逐一排查，并由此找到存在污染區域的地理信息，而后利用地理信息系統對相關內容進行信息化管控。這樣既能為河道管理部門決策提供有效依據，又可以進一步優化河道巡查管理的工作效率和質量。因此，在未來建設發展中，各地政府在關注河道巡查工作的同時，還要優先選用無人機遙感監測技術，并結合地理信息系統構建規范化的監測系統，以此從基礎上保障河道質量安全。