宋 冰

(黑龍江省水文局，哈爾濱 150001)

推廣應(yīng)用

無人機(jī)在水文應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用探討

宋 冰

(黑龍江省水文局，哈爾濱 150001)

當(dāng)前無人機(jī)已經(jīng)發(fā)展成一門綜合性現(xiàn)代化信息采集技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、起降靈活、操控便捷、應(yīng)急性強(qiáng)，更具有高效率、低成本、低損耗、風(fēng)險小、易保養(yǎng)、可重復(fù)使用等諸多優(yōu)勢。水文應(yīng)急監(jiān)測一般都是隨機(jī)性大、危險性高、監(jiān)測面廣，常規(guī)監(jiān)測手段很難達(dá)到預(yù)期效果。文章探討無人機(jī)在水文應(yīng)急監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用前景和需求。

無人機(jī)技術(shù)；水文應(yīng)急監(jiān)測；遙測遙感

0 引 言

中國地域遼闊、河流眾多，是一個自然災(zāi)害類型較多，發(fā)生頻率較高的國家。存在著洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水環(huán)境污染三大水問題。水文監(jiān)測工作是國家的重要基礎(chǔ)工作，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和應(yīng)急處理機(jī)制的完善，要求水文信息采集的時效性和準(zhǔn)確性越來越高,收集范圍越來越大，水文應(yīng)急監(jiān)測比以往更加重要。

當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成一門綜合性現(xiàn)代化信息采集技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、起降靈活、操控便捷、經(jīng)濟(jì)適用、應(yīng)急性強(qiáng)、搭載能力大等特點，對處理隨機(jī)性大、危險性高、監(jiān)測面廣的水文應(yīng)急監(jiān)測起到重要的作用。

文章僅對無人機(jī)技術(shù)在水文應(yīng)急監(jiān)測上的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 無人機(jī)簡介

無人機(jī)系統(tǒng)(Unmanned Aircraft System，縮寫UAS)，是由無人飛行設(shè)備及控制系統(tǒng)(包括控制站、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等)組成，是一種搭載相關(guān)任務(wù)設(shè)備并在可控情況下能夠自主完成飛行任務(wù)的不載人航空器，一般按翼型可分為固定翼無人機(jī)與旋翼無人機(jī)。無人機(jī)具有高效率、低成本、低損耗、低風(fēng)險、易保養(yǎng)、可重復(fù)使用等諸多優(yōu)點。

無人機(jī)做為搭載平臺，能攜帶多種設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)。如可搭載高分辨攝像頭、測繪設(shè)備、紅外傳感器、激光傳感器等，是集無人機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、GPS差分定位等綜合性現(xiàn)代化信息技術(shù)。

可以進(jìn)入交通不便或者危險區(qū)域進(jìn)行探測及監(jiān)測，避免了人員危險。也可利用無人機(jī)劃定某固定區(qū)域作重點航測。當(dāng)搭載高精度數(shù)碼成像設(shè)備進(jìn)行多角度多航次獲取任務(wù)區(qū)地形地貌數(shù)據(jù)，測量的數(shù)據(jù)成果可進(jìn)行實時傳輸，并利用計算機(jī)對影像信息進(jìn)行處理，按照一定精度要求制作成三維效果圖像，滿足航空攝影、遙控遙測、實時傳輸和三維電子影像處理等強(qiáng)大功能。另外，水文部門大力研究無人機(jī)的應(yīng)用，如把激光測速儀搭載在旋翼無人機(jī)上，可懸停航測水面流速等。

2 無人機(jī)在水文應(yīng)急監(jiān)測中的應(yīng)用

水文應(yīng)急監(jiān)測一般都是危險性高、隨機(jī)性大、監(jiān)測范圍廣，共同特點是“急、險、難”，如突發(fā)暴雨洪水、分洪潰堤、地震堰塞湖、冰塞冰壩和水質(zhì)污染等類型繁多。

2.1 洪水災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測

以往在災(zāi)害發(fā)生后，因技術(shù)條件限制只能人工查勘受災(zāi)區(qū)域情況，收集信息的局限性大、信息面小，很難滿足決策需求。即便在緊急情況下，一般也只用人工乘車、船到現(xiàn)場或者使用大型直升機(jī)懸空方式監(jiān)控洪澇區(qū)域，但這些方式相對成本高、人員危險系數(shù)大、應(yīng)急響應(yīng)不及時。但如果采用固定翼和多旋翼無人機(jī)相互結(jié)合使用，便能夠解決此類問題，無人機(jī)可多角度的從空中拍攝洪澇區(qū)域情況，實時把受災(zāi)情況和水文信息傳輸?shù)浆F(xiàn)場，地面工作人員可通過計算機(jī)對大量的實時遙感信息進(jìn)行快速分析，并計算水文信息變化情況，為應(yīng)急救災(zāi)等工作提供及時、準(zhǔn)確的信息支持。

2.2 堰塞湖應(yīng)急監(jiān)測

堰塞湖多由地震、滑坡、泥石流或火山熔巖流等自然地質(zhì)災(zāi)害引起山體滑坡，堵截河床而形成的。堰塞湖危害極大，不但淹沒上游地區(qū)，而且有些堰塞體極不穩(wěn)定，對下游形成垮壩式的洪災(zāi)。為了分析預(yù)報堰塞湖天然壩的穩(wěn)定性，有針對性地做好災(zāi)害預(yù)案，必須對堰塞湖及時進(jìn)行水文監(jiān)測。由于堰塞湖發(fā)生地方特殊，很多地方人員很難到達(dá)。在堰塞湖形成初期，可以利用無人機(jī)拍攝低空影像資料，利用 GIS技術(shù)建立堰塞湖上下游的地理地貌幾何模型，對建立堰塞湖蓄水預(yù)報方案、潰壩洪水演進(jìn)模型和洪水風(fēng)險圖等起到關(guān)鍵性作用，為處置應(yīng)急災(zāi)害提供有力技術(shù)支撐；在堰塞湖蓄水期，可利用無人機(jī)獲取影像信息，根據(jù)這些快速、及時、量多的圖像資料，提取堰塞湖庫區(qū)的淹沒狀態(tài)、回水面積、蓄水量等重要水情信息，形成動態(tài)的水情演變趨勢；在堰塞湖泄流或突然跨壩時，可以利用無人機(jī)搭載雷達(dá)測速裝置，實時監(jiān)測出口流量。

2.3 冰凌應(yīng)急監(jiān)測

凌汛是河道水災(zāi)的一種特殊形態(tài)，嚴(yán)重時形成冰壩。冰壩嚴(yán)重堵塞河道，使水位壅高，造成上游區(qū)域受淹。當(dāng)冰壩承受不住上游河段的冰和水壓力時，造成自然潰決，洪水伴隨冰凌突然下泄，對堤防、建筑物破壞非常嚴(yán)重。我國的北方大江大河，如黃河﹑黑龍江﹑松花江﹑嫩江等非常容易形成冰壩。由于冰壩形成的河段長、流冰期危險性高，水文監(jiān)測難度非常大。

在冰壩形成期間，利用固定翼無人機(jī)航拍河道水流平面圖，采用專用軟件量測冰面面積和過水?dāng)嗝婷娣e，從而實時計算冰花疏密度和冰流量，由于無人機(jī)比人工方式提供的信息量大、快速及時，對形成冰壩動態(tài)預(yù)測非常重要；在冰壩的破除期間，可以利用無人機(jī)監(jiān)測爆破口的狀態(tài)情況，計算分析泄流成果，為決策提供重要水文監(jiān)測依據(jù)。同時也可以利用多旋翼無人機(jī)，實時監(jiān)測重要工程、險工弱段的破壞情況。

2.4 分洪應(yīng)急監(jiān)測

蓄滯洪區(qū)是江河防洪體系中的重要組成部分，是保障重點地區(qū)防洪安全，減輕災(zāi)害的有效措施。蓄滯洪區(qū)啟動后水文監(jiān)測對淹沒災(zāi)害評估、意外搶險非常重要，監(jiān)測內(nèi)容主要包括分洪水量和淹沒范圍。在分洪初期，分洪流速非常大，常規(guī)設(shè)備很難接近，可以采用多旋翼無人機(jī)搭載雷達(dá)測速儀，實時測量水面流速，計算實時分洪流量。淹沒范圍測量就是利用無人機(jī)低空航拍功能，按設(shè)計好的航線進(jìn)行航拍，解析出各時段的淹沒范圍。

3 結(jié) 語

無人機(jī)這種先進(jìn)的現(xiàn)代化綜合信息技術(shù)平臺，已在各行業(yè)充分展示了其獨特的應(yīng)用能力。在水文行業(yè)中特別適用于水文應(yīng)急監(jiān)測、突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測，大大降低了勘測人員承擔(dān)危險工作的風(fēng)險概率。所采集的數(shù)據(jù)是對傳統(tǒng)遙感技術(shù)和常規(guī)地面觀測的補(bǔ)充，在水文應(yīng)急監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。隨著計算機(jī)技術(shù)、航空技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無人機(jī)將是未來水文監(jiān)測的重要工具。

[1]孫毅，王英勛.無人機(jī)駕駛員航空知識手冊[M].北京：中國民航出版社，2014(10)：15-25.

[2]金偉，葛宏立，杜華強(qiáng)，等.無人機(jī)遙感發(fā)展與應(yīng)用概況[J].遙感信息， 2009(1)：88-92.

Application of UAV in Hydrological Emergency Monitoring

SONG Bing

(Heilongjiang Provincial Hydrology Bureau，Harbin 150001,China)

At present，UAV has become a comprehensive and modern information collecting technology with superiorities of simple structure，flexible rising，convenient operation，strong emergency，also the characteristics of high efficiency，low cost，low consumption，small risk，easy care and re-use etc.Hydrological emergency monitoring is large of randomness，high of danger and wide of monitoring range，conventional ways are difficult to realize the effects predicted. The paper explores the application prospects and requirements of UAV in the field of hydrological emergency monitoring.

UAV technology; hydrological emergency monitoring; remote metering; remote sense

1007-7596(2016)12-0125-02

2016-11-28

宋冰(1988-)，男，黑龍江海倫人，助理工程師。

P335

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