梁 輝

(陜西省水利信息宣傳教育中心，陜西西安710004)

1 概述

無人機英文縮寫為“UAV”，它通過攜帶不同設(shè)備來完成不同類型的任務(wù)來實現(xiàn)不同的飛行目標。無人機按其平臺結(jié)構(gòu)的不同，一般可分為三類：一類為固定翼無人機，一類為無人直升機，另一類為多旋翼無人機。固定翼無人機在起飛、降落過程中，必須在動力系統(tǒng)的作用下滑行跑道。無人駕駛飛機具有載重量大、飛行速度快、續(xù)航能力強、飛行效率高等特點。無人直升機和多旋翼無人機幾乎不需要起降場地，可以垂直起降和定點懸停，其缺點是耗電大，飛行效率稍低。與無人直升機相比，多旋翼無人機結(jié)構(gòu)相對簡單，操作方便，運行相對穩(wěn)定，而且成本較低。本文以陜西省防汛抗旱總指揮部擁有的西安通飛航空科技有限責任公司自定制的六旋翼無人機為研究對象，對其進行分析研究。

1.1 技術(shù)應(yīng)用特點

六旋翼無人機本身價格低廉，攜帶方便，操作簡單，機動靈活，可搭載多種采集傳輸設(shè)備，可完成多種任務(wù)。就應(yīng)用而言，多旋翼無人機低空攝影系統(tǒng)成本低，操作簡便，操作人員培訓周期短，系統(tǒng)易于維護和維護，可以為防汛抗旱減災工作節(jié)省大量人力、物力。

1.2 功能

系統(tǒng)具備影像快速處理功能、高自動化定向計算、超快速的影像匹配處理、高度自動化生產(chǎn)3D產(chǎn)品的全部實用功能，可以生產(chǎn)高精度數(shù)字高程模型(DEM)，高質(zhì)量數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字柵格地圖(DSM)，具體功能如下：

1)基本數(shù)據(jù)管理

基本數(shù)據(jù)、影像的輸入和輸出；各種參數(shù)設(shè)置；圖廓整飾與圖件輸出；災區(qū)被測區(qū)域三維立體景觀顯示；各種過程的批處理；基本的影像處理功能；不同網(wǎng)絡(luò)密度的質(zhì)量控制與質(zhì)量報告。

2)定向計算與影像匹配

全自動內(nèi)定向；全自動相對定向；全自動絕對定向；影像匹配預處理；影像匹配。

3)正射影像生成

自動生成數(shù)字正射影像。

2 應(yīng)用方案

2.1 工情三維量測

對典型性地質(zhì)災害隱患點進行拍攝、建模、測量及分析。

1)數(shù)據(jù)采集

六旋翼無人機掛載傾斜攝像機，駕駛員通過地面站控制系統(tǒng)規(guī)劃被測工情區(qū)域的三維建模飛行航線。啟動飛行后，飛機會按照航線自動飛行采集數(shù)據(jù)，采集完成后自動返航。

2)三維建模

將采集數(shù)據(jù)導入運行在工作站上的“三維建模應(yīng)用軟件”進行處理(1 km2的三維建模需耗時1.5 h左右)。

3)測量分析

獲得的三維建模圖包含各種數(shù)據(jù)信息，可進行線面繪制、距離測量、高度測量、三角測量和面積測量等多種量測。測量所得數(shù)據(jù)可導入其他分析軟件，進行一系列分析，如通視分析、可視域分析、雷達分析、填挖方分析、剖面分析和淹沒演示分析等，通過對陜西地區(qū)典型性地質(zhì)災害隱患點進行數(shù)據(jù)采集、三維建模、測量分析形成的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，可為陜西重點區(qū)域地質(zhì)災害處置防汛指揮決策提供基礎(chǔ)支撐。

2.2 災情巡查攝影

1)災情巡查

發(fā)生災情時，六旋翼無人機搭載高清云臺攝像器，駕駛員通過地面站控制系統(tǒng)定義圍繞災區(qū)的飛行航線使無人機自動巡航拍攝，或使用手持式遙控器駕駛無人機對災情進行高空拍攝。并通過無線電技術(shù)將畫面?zhèn)鬏數(shù)降孛?，進而通過衛(wèi)星通訊車傳回指揮中心，從而使現(xiàn)場人員及指揮中心獲得直觀的災情概況，可為指揮救災決策提供有力支撐。

2)災情攝影

六旋翼無人機掛載傾斜攝像機，駕駛員通過地面站控制系統(tǒng)規(guī)劃災區(qū)正攝飛行航線，使無人機自動飛行采集數(shù)據(jù)，并自動返航。三維建模應(yīng)用軟件對采集數(shù)據(jù)進行處理，可獲得災區(qū)數(shù)字正射影像圖(DOM)。

受持續(xù)強降雨影響，如某村突發(fā)山洪泥石流，老百姓被困。村民住宅等被泥石流掩埋沖毀。通過對比當?shù)貫那盀暮髨D像就可以確定水毀建筑物的大致位置，從而很快地幫助找到被困人員。救護人員通過使用六旋翼無人機在暴雨中持續(xù)采集水毀現(xiàn)場情況，并將采集到的圖像信息傳送至指揮中心。指揮中心根據(jù)實時信息可以做到精準指揮，可以將人員傷亡、財產(chǎn)損失降到最低，見圖1～圖2。

圖1 山體滑坡引發(fā)泥石流

圖2 現(xiàn)場采集照片實時建模

2.3 應(yīng)急救援指揮

1)高空喊話

六旋翼無人機掛載無線高音喇叭高空巡航，循環(huán)播放錄制音頻，可對危險區(qū)域緊急疏散進行預警廣播；也可實時喊話，對被困人員進行安撫等。

2020年陜西防汛應(yīng)急搶險救援演練中，六旋翼無人機高空搜索發(fā)現(xiàn)數(shù)名被困群眾，高空喊話，安撫情緒，指揮部收到傳回影像后，派出水域救援專業(yè)隊員對被困群眾進行施救，見圖3～圖4。

圖3 無人機無線高音喇叭高空巡航

圖4 救援被困群眾

2)定點拋投

六旋翼無人機掛載高空拋投器，根據(jù)實時傳輸回來的圖像確定投放位置后，通過手持遙控器對投物器進行控制打開，將貨物(頭盔、急救包、救生衣、繩索等)準確拋投到所需地點供被困人員使用。2020年陜西防汛應(yīng)急搶險救援演練中，無人機發(fā)現(xiàn)落水群眾，將救生衣投落，進行施救，見圖5～圖6。

圖5 無人機掛載高空拋投器

圖6 無人機空投救生設(shè)備

3 無人機在今后水利行業(yè)的應(yīng)用

(1)隨著產(chǎn)業(yè)鏈配套逐漸成熟，硬件生產(chǎn)成本將大幅下降和市場價格的降低，各種專業(yè)的應(yīng)用軟件也在趨于成熟和完善，市場關(guān)注度不斷攀升，專業(yè)級無人機市場呈現(xiàn)巨大的潛力，消費級無人機的客戶群體越來越越多，各個細分領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大，客戶規(guī)模呈現(xiàn)大幅度增長，在搶險救災、國土資源、防汛抗旱、能源、水利工程、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)玫礁由钊?、廣泛的應(yīng)用。

(2)無人機對水庫、河流、湖泊的連續(xù)不斷監(jiān)測，可以獲得監(jiān)測水范圍的實時變化情況，通過獲得的一系列基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、影像資料等，通過專業(yè)的軟件分析研究可以逐步實現(xiàn)水域管理的信息化，智能化從而滿足社會經(jīng)濟發(fā)展的需要。

(3)利用無人機技術(shù)可以進行水土保持的研究，水利監(jiān)測與水利管理。水情監(jiān)測、河道走向、水庫監(jiān)測、洪災區(qū)域檢查等，在發(fā)生災情時還可查看水毀橋梁、淹沒區(qū)域等情況。

4 結(jié)語

陜西省水利行業(yè)無人機應(yīng)用才剛起步，隨著無人機的應(yīng)用在防汛抗旱、水資源、水土保持、水文監(jiān)測等方面的廣泛應(yīng)用，將大大提高雨情、水情、旱情和災情信息采集的準確性及傳輸?shù)臅r效性，為準確的預測和預報、制定防洪抗旱調(diào)度方案、水資源評價等決策提供科學依據(jù)。