無人機低空遙感技術在水文監測中的應用

羅清虎，宋明琦

（青海省水文水資源測報中心，青海 西寧 810008）

我國的地域廣闊，不同地區的地質條件、水文條件均有所差異，伴隨著開發力度不斷增強，導致原有的自然條件發生了變化，爆發嚴重的自然災害，直接威脅到人們生命財產安全。因此，需要相關部門和應急搶險人員積極處理，分析其困難所在，通過對現場應急監測來獲取可靠數據信息，為后續災害分析、調查和決策部署提供可靠支持。因此，在水文監測中需要大力應用無人機低空遙感技術，發揮前沿技術優勢，滿足惡劣環境的環境監測需要，提升工作有效性。

1 無人機低空遙感技術相關內容分析

1.1 無人機特點

無人機是一種先進技術，在當前各個行業領域中均有所應用，是指基于機載計算機程序控制或無線電遙控設備方式，實現無人機飛行控制，結構簡單、成本低，主要是用于代替人工完成強度高、風險大和條件不便的任務，如，風險區災害調查、環境遙感監測以及空中救援等[1]。包括固定翼型無人機和無人駕駛直升機兩種，前者是借助機翼滑行、動力系統支持下進行啟停降落，配備多類型的遙感傳感器，可以實現無人機遙控飛行，具備更強的抗風能力，滿足多種復雜環境的作業需要。固定翼型無人機起飛需要選擇空曠場所，以此來滿足草地檢測、林業資源監測、礦產資源監測、土地利用監測以及海洋環境監測等。

1.2 無人機遙感

無人機遙感則是基于無人機技術，聯合GPS查分定位技術、遙感傳感器技術、遙感應用技術和通信技術組合應用，實現國土資源高效開發利用，滿足各種自然環境和災區空間遙感信息監測傳輸，促使地質監測工作自動化、專業化和智能化發展。此項技術成本低、操作便捷和機動性高，已經成為當前時代的熱門技術之一，也是航空遙感技術未來發展的主流趨勢[2]。

2 水文應急監測技術的優勢特點

結合目前我國水文監測工作成果來看，其中存在很多問題，配套設備設施的測洪能力不強，即便相關部門增強了水文監測設備建設和完備力度，但還有很多問題[3]。水文監測設備經過改造后，測洪能力還有所不足，因此仍然沿襲傳統方法進行特大洪水測量，需要消耗大量的人力、物力和財力；配套的測速和取沙技術還需要進一步升級優化。另外，人工操作方式，可能受到人為因素影響增加數據誤差，難以獲取精準、可靠的水文監測數據資料。因此，新時期應該注重無人機低空遙感技術靈活運用，全面提升水文監測技術水平[4]。

2.1 巡測優先，駐巡結合

在水文監測工作中，由于工作專業性較強，內容復雜，需要借助專門技術和設備開展工作。面對當前水利行業對水文監測工作不斷增長的要求，水文監測斷面數量逐步增加，僅僅依靠傳統水文監測站難以獲取可觀的監測效果。因此，在此環境下靈活運用無人機低空遙感技術，可以實現區域內水文信息的高效采集和整理，如水質、水量、流速等，借助無人機上配備的高清攝像機來采集區域水文信息，為后續的相關工作開展提供支持[5]。

2.2 應急監測，響應快速

近些年來，我國自然災害頻繁，造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡。其中突發性水災事故危害較大，如堤防決口、泥石流、水庫出險和突發水污染等情況。對于此類突發性水災，在水文應急檢測工作中靈活應用無人機低空遙感技術，可以摒棄人工監測方式的不足，突破空間限制，即便惡劣條件下也可以借助無人機來收集和分析水文突發事件信息，為后續的部門決策和管理工作提供數據支持，將災害損失降到最低。伴隨著科學技術持續創新和發展，涌現出很多新設備和新技術，在應用中取得了可觀成效[6]。如，航天航空雷達監測、地基雷達監測以及無人機低空遙感技術等，其中無人機低空遙感技術由于自身的便捷性特點，在水文應急監測中廣泛應用，有助于提升整體工作效率，獲取精準可靠的數據。

對于影像數據獲取，需要操控無人機按照預設航線飛行和監測，并進行質量檢查和像控測量，任務規劃是否合理直接關乎到獲取影響數據質量。具體環節有規劃航跡、分配任務、系統保障和規劃應急預案等環節，按照流程規范化水文監測，確保采集的數據精準、可靠、完整。

3 無人機影像處理

3.1 矯正畸變差

基于無人機低空遙感技術進行水文監測，對于獲取的影像處理階段，一個主要環節則是矯正畸變差。相機由于自身的鏡頭光學設計特性，如果內部方位元素并未測定，拍攝的影像多存在非線性光學即便誤差，如果相機焦距維持不變，誤差屬于正常的范疇[7]。所以，應該在拍攝前對相機三角測量機變差矯正處理，具體有直接矯正和間接矯正兩種方式，前期這是基于矯正畸變圖像像素坐標，實現圖像矯正處理；后者則通過矯正畸變圖像坐標，實現圖像矯正目標。在具體應用中，直接矯正方式更適合水文應急監測需要，應用范圍較廣，實際效果可觀。

3.2 空中三角測量

為了獲取精準可靠的數據，精準獲取像點坐標，在空中三角測量階段求解處理影像定位元素、控制點坐標數據，具體方法有獨立模型法、航帶法和光速法區域網孔三測量。光束法在具體測量中，主要是把握投影中心點、像點和對面點三點共線，在此基礎上將各像片間光束連接在一起形成一個區域，完成整體平測作業，計算得到精準的加密點坐標。像控點的選擇十分關鍵，直接影響到數據采集質量，是后續評測精度把控的關鍵所在。所以，需要均勻布設像控點，設置在地形明顯的區域，以此來采集精準可靠的數據信息[8]。

3.3 快拼圖生成

圖像拼接需要借助計算機支持，選擇配套的圖像處理軟件來精準比對空間重疊圖像，然后圖像融合拼接成新的圖像。此項技術優勢鮮明，可以滿足水文監測數據獲取需求，實現高分辨率圖像拼接處理，進而形成全方位的監測區域影像圖。快拼圖不需要相機參數和定位系統獲取的信息，可以自動化識別相機焦距參數，去除誤差值，實現拼圖自動矯正。拼圖制作中，將DSM編輯功能、測量功能結合應用，精準計算體積、面積和距離，盡管實際上數字正射影像圖精度要超過塊拼圖，但快拼圖可以快速獲取災區數據信息，為后續的救援決策提供可靠數據支持。

4 水文應急監測中無人機低空遙感技術應用

水文應急監測中，合理運用無人機低空遙感技術，需要充分契合區域實際情況，在收集相關資料后編制合理的應急預案，指導后續工作順利展開。

4.1 地形條件分析

地形條件分析是水文應急監測的一個基礎環節，應用無人機低空遙感技術，需要立足于實際情況編制合理的無人機航線，保證所獲取的水文信息精準、可靠、完整。無人機監測要設置專門的數學模型，基于模型來采集和分析水文信息，因此要選擇科學合理的測流模型，為后續工作開展奠定基礎。具體水文監測中，河流的水質和地理位置存在顯著差異，要結合不同地形條件針對性選擇測流模型。需要注意的是，使用無人機系統進行水文監測前，收集相關水文信息資料，計算流速分布函數，如對數型和拋物線等，確定最佳的測流位置，提升水文監測數據信息精準度。

4.2 無人機飛行控制

使用無人機低空遙感技術進行水文監測，要求操作人員依據實際需要靈活控制無人機飛行，保證無人機飛行平穩，這樣才能拍攝高清的地質畫面，為后續的各項工作開展提供支持。如果飛行控制水平較差，導致無人機飛行不穩定，拍攝畫面清晰度不高，容易出現誤差，影響到水文監測質量。因此，加強無人機飛行穩定性控制，通過飛行加減速控制，保持無人機平穩飛行，將加速和減速差值控制在合理范圍內，降低偏差。爬升和下降控制，具體操作中保持無人機平穩飛行，避免驟然爬升或下降，在拍攝后將清晰、完整的數據信息上傳到地面控制站，為水文處理提供支持。

4.3 地面控制

加強地面控制，是水文監測中無人機低空遙感技術應用的一個重要環節，由于水文監測自動化和智能化水平持續提升，因此工作效率得到顯著提升，但仍然無法完全脫離地面人為控制。水文監測中，重點落實地面指揮和控制工作，獲取精準、可靠的監測數據信息，并實現監測過程動態化控制，實現無人機和攝像機緊密連接，促使各環節操作規范、有序進行。

5 結論

綜上所述，水文監測是一項復雜、專業的工作，各環節聯系密切，通過無人機低空遙感技術的實際應用，可以彌補傳統技術不足，在前沿設備和技術支持下，高效采集區域的數據信息，為后續的救援決策工作提供可靠信息支持，對于推動水文監測工作高質量發展意義深遠。