陳 晨，榮佳偉，喬鉑純

（松遼委水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江佳木斯156400）

黑龍江無論是流域面積大小、總長度還是多年平均徑流量，均為世界前十。汛期時(shí)，黑龍江干流中游段的水文監(jiān)測工作任務(wù)尤為繁重，隨著經(jīng)濟(jì)、科技及工業(yè)的高速發(fā)展，各類行業(yè)先進(jìn)技術(shù)紛紛應(yīng)用于水文監(jiān)測中。通過無人機(jī)測驗(yàn)系統(tǒng)，能夠有效提高黑龍江干流中游段水文監(jiān)測的質(zhì)量，保證水文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和科學(xué)性。

1 黑龍江干流中游段水文監(jiān)測概況

黑龍江干流可分為3 段，洛古河至黑河附近的結(jié)雅河口為上游，結(jié)雅河口至烏蘇里江河口為中游，烏蘇里江河口以下至入?？跒橄掠?，屬平原性河流。水文工作是為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、防汛抗旱、水資源開發(fā)利用和水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)的重要基礎(chǔ)工作，也是一項(xiàng)傳統(tǒng)的專業(yè)性工作。水文監(jiān)測是水文計(jì)算、水文預(yù)報(bào)、水資源分析等各項(xiàng)水文工作的基礎(chǔ)。認(rèn)識水文現(xiàn)象，探索水文規(guī)律，首要任務(wù)是開展水文監(jiān)測工作。除了水位、水溫、降水和蒸發(fā)等日常水文觀測內(nèi)容之外，黑龍江干流中游段的水文監(jiān)測工作還包括暢流期流量測驗(yàn)、泥沙測驗(yàn)、封凍期流量測驗(yàn)工作。根據(jù)汛情，有時(shí)還會開展應(yīng)急監(jiān)測工作。

隨著我國綜合國力的不斷提升和科技水平的逐步發(fā)展，水文監(jiān)測方式發(fā)生了很大的改變，水文測驗(yàn)儀器設(shè)備的先進(jìn)程度和利用率也有了顯著提高。在北方，暢流期已基本實(shí)現(xiàn)了水文測驗(yàn)現(xiàn)代化。

黑龍江干流中游段暢流期流量測驗(yàn)通常采用ADCP（聲學(xué)多普勒流速剖面儀）走航式流量測驗(yàn)方式，即使用水文測驗(yàn)用船垂直水面固定ADCP的水下?lián)Q能器，通過沿測驗(yàn)斷面航行，采集水深、河寬、流量、流速等數(shù)據(jù)。ADCP 通常裝載在廠家配置的小型測船內(nèi)，再將小型測船固定在水文測驗(yàn)船船側(cè)，通過“大船帶小船”的方式走航式開展流量測驗(yàn)。這種測驗(yàn)方式相較于傳統(tǒng)的架設(shè)纜道使用旋槳式流速儀開展流量測驗(yàn)，更加高效和便捷。但是按照規(guī)定，測驗(yàn)船上江開展測量，不僅需要配備專職船舶駕駛員，包括測驗(yàn)技術(shù)員在內(nèi)的船上所有人員，都必須持有船員適任證書和船員服務(wù)簿方能開展工作。船只運(yùn)行維護(hù)成本較高，單次測驗(yàn)時(shí)間周期較長。綜上所述，目前黑龍江暢流期水文監(jiān)測工作采取的ADCP 走航式流量測驗(yàn)方式，在工作效率和成本上仍有一定的提升空間。

2 應(yīng)用探索

2.1 無人機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用概況

目前，中國是全球民用無人機(jī)最主要的產(chǎn)業(yè)基地，民用無人機(jī)最大的市場在于政府公共服務(wù)的提供，如警用、消防、測繪、植保、巡檢、氣象等，占到總需求的80%。近5 年來，中國民用消費(fèi)級及工業(yè)無人機(jī)都取得了高速發(fā)展，逐漸成為全球無人機(jī)行業(yè)重要的板塊之一。在民用無人機(jī)領(lǐng)域，中國已經(jīng)走在世界前列，以大疆為代表的中國民用無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展迅速，并在國際市場上占據(jù)了較好的競爭地位。

無人機(jī)具有便攜、高效等諸多特點(diǎn)，以目前某民用工業(yè)級無人機(jī)行業(yè)領(lǐng)先品牌旗艦機(jī)型為例，使用溫度-20～50 ℃，最大載重6.0 kg，最大通訊距離5 km，最大可承受風(fēng)速8 m/s（勁風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)），最大水平飛行速度65 km/h，無負(fù)載懸停時(shí)間32 min，滿負(fù)載6 kg懸停時(shí)間16 min。這些參數(shù)滿足包括黑龍江在內(nèi)的多數(shù)大江大河的測驗(yàn)環(huán)境條件。

2.2 無人機(jī)測驗(yàn)系統(tǒng)在黑龍江干流中游段水文監(jiān)測中的應(yīng)用探索

目前行業(yè)常見的無人機(jī)測驗(yàn)系統(tǒng)多為通過多旋翼無人機(jī)裝載非接觸式雷達(dá)多普勒測流設(shè)備和激光3D 掃描設(shè)備采集水文數(shù)據(jù)，無人機(jī)按照設(shè)置好的測驗(yàn)斷面航行路線，每間隔適當(dāng)距離，將無人機(jī)懸停并進(jìn)行測驗(yàn)，懸停高度保持在30 m 左右，直至按航線完成測驗(yàn)斷面的流量測驗(yàn)工作。暢流期的測沙與采樣工作，也可以使用無人機(jī)懸停測量、采樣方式進(jìn)行，無需“大船帶小船”的測驗(yàn)?zāi)Ｊ?，降低了單次流量測驗(yàn)成本，提高了工作效率。大洪水時(shí)期，開展應(yīng)急監(jiān)測同樣可以采用此種流量測驗(yàn)方式。

到了開江和封江的重要時(shí)段，無人機(jī)的使用，不僅可以對測驗(yàn)斷面的流冰疏密度有一個(gè)直觀的判斷，還可以充分發(fā)揮其機(jī)動性強(qiáng)的特點(diǎn)，掌握上下游冰清，為實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

3 改進(jìn)方向

研究提及的某品牌旗艦型號工業(yè)級無人機(jī)可承受最大風(fēng)速為8 m/s，黑龍江干流中游段江面寬闊，如遇到風(fēng)浪較大情況，無人機(jī)不僅很難頂風(fēng)沿測驗(yàn)斷面直線飛行、懸停完成測驗(yàn)工作，同時(shí)對續(xù)航能力也有很大考驗(yàn)。因此，應(yīng)避免在5 級以上強(qiáng)風(fēng)天氣下開展測量，測驗(yàn)前準(zhǔn)備好足夠數(shù)量的備用電池。工作出發(fā)之前，應(yīng)當(dāng)了解當(dāng)?shù)叵拗骑w行政策，飛行前提前與有關(guān)部門申請報(bào)備。

此外，還要結(jié)合黑龍江干流中游段實(shí)際情況，參考干流各水文站水文監(jiān)測資料，通過率定和對比測量，不斷提高無人機(jī)測驗(yàn)系統(tǒng)測量河道斷面流量的測驗(yàn)精度。

4 結(jié)語

無人機(jī)測驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效提高黑龍江干流中游段水文監(jiān)測的質(zhì)量，節(jié)省人力物力，縮短單次測驗(yàn)時(shí)間，提高作業(yè)效率；與新時(shí)代水文測驗(yàn)的現(xiàn)代化、機(jī)械化、自動化程度相適應(yīng)。

技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)考慮黑龍江干流中游段的獨(dú)特性，進(jìn)一步改進(jìn)、優(yōu)化無人機(jī)測驗(yàn)系統(tǒng)，提升水文測驗(yàn)現(xiàn)代化的能力和水平，保證水文數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和科學(xué)性。