楊治中

（阜陽市太和縣河道管理中心，安徽 阜陽 236600）

0 引 言

無人機(jī)遙感指的是運(yùn)用無線電控制設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程序控制系統(tǒng)的一種飛行設(shè)備，利用遙感傳感器來獲得信息，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)圖像信息的處理，按照要求制作為圖像。由于系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單且成本不高，所以適合各種人力無法達(dá)到、人力勘查難度較大、人力成本高或危險(xiǎn)性較大的檢測(cè)和調(diào)查工作。憑借無人機(jī)的機(jī)動(dòng)性與經(jīng)濟(jì)性，無人機(jī)遙感影像技術(shù)已經(jīng)成為各個(gè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

1 自然洪澇防汛監(jiān)測(cè)

無人機(jī)遙感影像可以更高效地獲取空間數(shù)據(jù)信息，而且續(xù)航時(shí)間較長，影像傳輸效率更高，相較于其他檢測(cè)手段更具經(jīng)濟(jì)性和靈活性。自然洪澇防汛監(jiān)測(cè)預(yù)警工作通常會(huì)涉及很多地勢(shì)險(xiǎn)要或具有洪澇安全隱患的區(qū)域，在這類區(qū)域，憑借單純的人力手段難以進(jìn)行有效探測(cè)，而無人機(jī)遙感則不受地形等環(huán)境因素影響，可以在第一時(shí)間趕到災(zāi)害發(fā)生地區(qū)或監(jiān)測(cè)目標(biāo)地區(qū)，及時(shí)遙感探測(cè)洪澇險(xiǎn)情區(qū)域的地形、地貌、水文等信息?；跓o人機(jī)的攝影攝像功能，動(dòng)態(tài)化傳輸洪澇災(zāi)區(qū)的影像信息，可以幫助抗洪人員及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)信息，在無人機(jī)遙感影像技術(shù)的支持下為抗洪救災(zāi)工作提供必要的現(xiàn)場(chǎng)信息支持。如2004年廣西桂平市發(fā)生的洪澇災(zāi)害中，救援人員利用無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)洪澇區(qū)和退水區(qū)等現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)并繪制遙感圖，是我國第一次運(yùn)用自控微型無人機(jī)實(shí)現(xiàn)洪澇災(zāi)害的遙感監(jiān)測(cè)。2021年7月份，河南鄭州、開封、周口等地發(fā)生特大暴雨，給當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?、?cái)產(chǎn)帶來嚴(yán)重威脅。無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用在此次洪澇險(xiǎn)情中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。無人機(jī)可以憑借較高的機(jī)動(dòng)性，從全局視角掌握災(zāi)害信息，針對(duì)救援人員難以到達(dá)的區(qū)域，無人機(jī)也能更靈活地偵察和反饋現(xiàn)場(chǎng)信息。同時(shí)，對(duì)于高危的湖泊河流等可以采用自動(dòng)巡邏、智能化自動(dòng)巡視等功能拍攝受災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)信息，還可以利用正射影像和歷史衛(wèi)星影像的對(duì)比來判斷災(zāi)情，對(duì)災(zāi)情進(jìn)行定量分析等。

2 無人機(jī)遙感水質(zhì)監(jiān)測(cè)

如今，無人機(jī)遙感影像技術(shù)不斷發(fā)展，在內(nèi)陸水體的水環(huán)境監(jiān)測(cè)中也發(fā)揮著重要作用。有關(guān)學(xué)者利用無人機(jī)獲得遙感數(shù)據(jù)，從而分析水污染的類型、分布、擴(kuò)散趨勢(shì)等。中科院上海技術(shù)物理研究所研究的無人機(jī)SE-1平臺(tái)的小型多光譜成像儀在海洋污染、原油泄漏等嚴(yán)重水污染監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。2012年，我國第一架自主研發(fā)的海洋監(jiān)測(cè)無人直升機(jī)利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳播和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)廣東近海海域進(jìn)行執(zhí)法檢查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等工作，為水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作開發(fā)了全新的路徑，無人機(jī)獲得的高時(shí)空分辨率圖像可以實(shí)現(xiàn)II類水體水質(zhì)的遙感監(jiān)測(cè)[1]。

3 山區(qū)水利工程測(cè)繪測(cè)量

水利工程測(cè)繪測(cè)量一般包含平面高程控制測(cè)量以及地形測(cè)量、放線測(cè)量、變形觀測(cè)等內(nèi)容。對(duì)于一些平原地區(qū)，水準(zhǔn)測(cè)量與全站儀測(cè)量就可以達(dá)到理想的測(cè)量效果。但山區(qū)水利工程卻不能與平原地區(qū)一概而論。山區(qū)地勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)的光學(xué)儀器測(cè)量或衛(wèi)星遙感等手段都具有一定的局限性，而無人機(jī)遙感影像技術(shù)的應(yīng)用則更加靈活也更加節(jié)約成本。無人機(jī)遙感影像技術(shù)對(duì)于無人機(jī)起落的條件要求并不高，操作人員可以在安全地區(qū)進(jìn)行操作，不僅節(jié)省了人力物力投入，而且無人機(jī)遙感的低空（1 000 m以下）飛行可以實(shí)現(xiàn)云層之下的拍攝，圖像的分辨率相對(duì)更高，為山區(qū)水利工程測(cè)繪測(cè)量工作提供了極大的便利，也保證了操作人員的生命安全。當(dāng)前，我國應(yīng)用的多種無人機(jī)都可以應(yīng)用于山區(qū)水利工程測(cè)繪測(cè)量中，技術(shù)較為成熟的系統(tǒng)包括自檢校和自穩(wěn)定多軸動(dòng)態(tài)航拍系統(tǒng)，還可以運(yùn)用有關(guān)軟件將多張航拍圖像拼接為一個(gè)整體，通過圖像拼接的方式降低成圖誤差，具體方法和原理如圖1所示。

圖1 圖像拼接方法與原理

4 水利規(guī)劃

水利規(guī)劃計(jì)劃的制定應(yīng)當(dāng)立足于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然地貌的基本條件之上，按照社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于水利工程建設(shè)的需求，確定水利發(fā)展的目標(biāo)與方向。目前在我國“十二五”及“十三五”對(duì)水利建設(shè)提出的新要求以及中央治水興水政策方針的指引與推動(dòng)下，水利行業(yè)的發(fā)展也迎來了新的契機(jī)，水利規(guī)劃計(jì)劃部門也始終將這一任務(wù)作為中心，應(yīng)用更多的高新技術(shù)來輔助水利規(guī)劃。在水利規(guī)劃中，很多項(xiàng)目都處于偏僻或經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，這些地區(qū)的水利規(guī)劃工作大多缺乏有效的資料信息作為基礎(chǔ)，高分辨率的遙感影像也很難獲取，現(xiàn)有的資料信息大多太過陳舊，無法滿足后續(xù)水利規(guī)劃工作的需求。針對(duì)地區(qū)偏遠(yuǎn)和資料獲取難度大等問題，運(yùn)用無人機(jī)遙感影像技術(shù)更具效率性和經(jīng)濟(jì)性。利用無人機(jī)獲取地形地貌數(shù)據(jù)信息，并且根據(jù)遙感所得信息建立對(duì)應(yīng)的三維數(shù)據(jù)模型和地形圖等，能夠更精確地反映出當(dāng)前的地形地貌情況，為后續(xù)水利規(guī)劃計(jì)劃的制定與決策提供可靠的信息支持。

5 水土保持監(jiān)測(cè)

目前我國的水土流失問題十分嚴(yán)重，由于我國地理?xiàng)l件與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件較為特殊，因此水土流失問題的治理也成為環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)問題。土壤侵蝕的定量調(diào)查是水土保持工作研究的關(guān)鍵問題之一。在調(diào)查實(shí)踐過程中，無人機(jī)遙感影像技術(shù)的運(yùn)用可以發(fā)揮顯著作用，憑借其效率性、動(dòng)態(tài)性、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已成為土壤侵蝕調(diào)查的主要路徑方法。土壤侵蝕調(diào)查過程較為復(fù)雜，而且調(diào)查結(jié)果往往會(huì)受到各種自然條件和人為因素的影響，如自然條件包括氣候、植被覆蓋、地形、土壤條件等，人為因素則包含土地利用、道路修建、礦產(chǎn)開發(fā)等。而土壤侵蝕的影響因子也有所差別，例如水蝕通常參照通用的土壤侵蝕方程的因子指標(biāo)，結(jié)合遙感技術(shù)和尋常技術(shù)結(jié)合的手段，能否獲得或能否方便在GIS中存取與計(jì)算。通常采用降水、地形、坡度、植被覆蓋率等作為土壤侵蝕量的估算因子指標(biāo)，按照各時(shí)期階段土壤侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)比對(duì)結(jié)果，對(duì)水保工程的治理結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，并為后續(xù)的水土保持工作規(guī)劃提供指導(dǎo)。無人機(jī)遙感影像技術(shù)的應(yīng)用能夠在低空及低速等條件下實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域的航拍，而且航拍成像照片非常真實(shí)可靠，能夠直觀反映出目標(biāo)區(qū)域建設(shè)期產(chǎn)生的水土流失現(xiàn)狀與強(qiáng)度、分布位置等信息。之后將這些遙感所獲信息作為中心，利用GIS系統(tǒng)建立水土流失本底數(shù)據(jù)庫，從而了解土壤侵蝕的類型、侵蝕強(qiáng)度、侵蝕情況的發(fā)展等情況，為土壤侵蝕問題的治理提供更可靠的支持。無人機(jī)遙感影像技術(shù)的應(yīng)用還能幫助人們掌握水土流失問題的發(fā)展趨勢(shì)以及特征，便于水土保持工作的規(guī)劃與治理，可以利用更低的成本，快速檢測(cè)大范圍的水土流失信息以及土壤侵蝕的影響因子，為后續(xù)基于GIS技術(shù)的水土流失問題分析提供有效基礎(chǔ)[2]。

6 灘涂資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，如今灘涂的開發(fā)利用也展現(xiàn)出了新的格局。灘涂資源是自然條件下形成的一種隨時(shí)間推移產(chǎn)生變化的潮濕地帶，包含海灘、河灘、湖灘等概念。例如我國錢塘江河口兩岸、臺(tái)州灣、三門灣等淤泥性的灘涂和部分地區(qū)的侵蝕性灘涂。灘涂是海陸兩界相互影響的過渡性地帶，也是人們活動(dòng)頻繁的地區(qū)，所以灘涂的變化也會(huì)為人們的活動(dòng)帶來不同程度、不同性質(zhì)的影響，其中部分因素如海岸侵蝕、淤漲等變化以及人工堤壩圍墾等因素變化都可能造成灘涂縮退或延展。例如，浙江沿海地區(qū)的灘涂已經(jīng)有千余年的歷史，近些年圍墾工程的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致灘涂的變遷非常劇烈，為人們提供陸地生存發(fā)展空間的同時(shí)也產(chǎn)生了各種生態(tài)破壞問題，比如沿海的濕地面積不斷縮減，個(gè)別地區(qū)的水文條件也因此受到改變，航道的正常運(yùn)行遭受波及、漁業(yè)資源受到破壞等。根據(jù)對(duì)灘涂變遷規(guī)律的了解，為了實(shí)現(xiàn)全國地區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，做好灘涂資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)具有現(xiàn)實(shí)意義。而無人機(jī)遙感影像技術(shù)具有精確性、動(dòng)態(tài)化、直觀性、宏觀性等優(yōu)勢(shì)，可以輕易獲取到地表難以發(fā)現(xiàn)和難以識(shí)別的信息，這使其在大規(guī)模海岸線變化監(jiān)測(cè)中具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。在灘涂資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)工作中，無人機(jī)遙感影像技術(shù)相較于衛(wèi)星遙感技術(shù)也具有明顯優(yōu)勢(shì)。無人機(jī)遙感影像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)定點(diǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，衛(wèi)星遙感由于過境時(shí)間或過境軌道的原因，若想在低潮位時(shí)準(zhǔn)確經(jīng)過并監(jiān)測(cè)區(qū)域地理信息仍有一定的條件限制。無人機(jī)具有非常高的機(jī)動(dòng)性，僅需飛行條件允許就能獲取灘涂的低潮位遙感影像信息，并與歷史遙感信息結(jié)合比對(duì)，分析灘涂的淤漲趨勢(shì)變化，為后續(xù)的圍墾作業(yè)提供更精確可靠的信息支持，而且無人機(jī)的經(jīng)濟(jì)性可以節(jié)約大量的經(jīng)費(fèi)和時(shí)間成本，提高監(jiān)測(cè)效率[3]。

7 水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

水資源是人們生活與生產(chǎn)必不可少的資源，但近些年由于人口數(shù)量的不斷增長、工業(yè)發(fā)展所帶來的污染問題等，導(dǎo)致水資源的供需矛盾和污染問題愈發(fā)嚴(yán)峻。水資源的科學(xué)開發(fā)、合理利用是經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的問題，甚至關(guān)乎人們的生活質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。從現(xiàn)實(shí)的角度來看，河流水系的分布、河流面積等信息的監(jiān)測(cè)與計(jì)算是水資源保護(hù)與開發(fā)的關(guān)鍵條件，以往由于時(shí)間變化因素以及技術(shù)水平受限，很多河流水系的分布與流域面積等信息無法再準(zhǔn)確反映當(dāng)下的水域情況。水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作的主旨在于了解研究目標(biāo)區(qū)域的水域變化信息，通過這些信息的收集與處理，建立更貼近實(shí)際的水域統(tǒng)計(jì)、水域占比不平衡、水域調(diào)查等制度，提高水域資源信息的綜合服務(wù)價(jià)值，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及水域資源管理保護(hù)的需求。無人機(jī)遙感影像技術(shù)的合理應(yīng)用在水域資源監(jiān)測(cè)中同樣可以發(fā)揮預(yù)期的作用，水域資源調(diào)查效率與準(zhǔn)確率都相對(duì)較高，而且能節(jié)約大量的人力與物力資源。對(duì)現(xiàn)有的水域資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)更新監(jiān)測(cè)調(diào)查結(jié)果，對(duì)水域資源的利用以及水域權(quán)屬界線等進(jìn)行信息更新，根據(jù)既定的技術(shù)程序，應(yīng)用完善的目視解譯及計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別結(jié)合的信息提取技 術(shù)，實(shí)現(xiàn)水域信息的采集與圖像編輯處理工作，獲得每一塊水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的類別、面積、分布信息等，建立相互聯(lián)系且信息共享的省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫與信息化管理系統(tǒng)。運(yùn)用無人機(jī)遙感影像技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)河道變化的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，對(duì)非法水域占用問題進(jìn)行處理，預(yù)估和分析河道后續(xù)的發(fā)展趨勢(shì)等，為水域管理提供更全面可靠的信息支持。此外無人機(jī)遙感影像技術(shù)還可以在航道開發(fā)等方面發(fā)揮理想作用，具有非常高的社會(huì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值[4-5]。

8 結(jié) 語

無人機(jī)遙感影像技術(shù)是一種先進(jìn)的現(xiàn)代監(jiān)測(cè)手段，可以在水利監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中發(fā)揮理想的技術(shù)輔助作用。無人機(jī)遙感影像技術(shù)擁有較高的靈活性與便利性、經(jīng)濟(jì)性等特征，可以在自然洪澇防汛監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、山區(qū)水利工程測(cè)繪測(cè)量、水利規(guī)劃、水土保持等方面發(fā)揮作用。在無人機(jī)遙感影像技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要根據(jù)不同水利監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的具體工作要求，合理發(fā)揮自身的遙感影像功能，進(jìn)一步提高水利監(jiān)測(cè)工作的開展效率，加快水利監(jiān)測(cè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，助推現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的革新與進(jìn)步。