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        無人機和GIS 技術在河道巡查中的應用

        2022-03-18 02:11:38
        科海故事博覽 2022年1期
        關鍵詞:建筑設施巡查河道

        趙 瑞

        (曹縣環(huán)境衛(wèi)生服務中心,山東 曹縣 274400)

        無人機技術的靈活性比較強,且其技術的使用成本比較低,在眾多優(yōu)勢因素的影響下,能夠借助無人機技術得到較為高清的河道視頻以及全景照片,排查疑似涉水違法的建筑設施,找出疑似違建對象的具體地理位置以及特征等。應用無人機和GIS 技術開發(fā)使用河道違建管理系統(tǒng),并對這部分疑似違建對象成果進行高效的信息監(jiān)管。這一技術和傳統(tǒng)的技術進行對比,其不管是效率還是質(zhì)量方面都會有所提升,并且在后續(xù)使用的過程中,能夠打破無人機性能方面的限制,其效率的提升空間會比較大,有助于開展無違建河道等相關創(chuàng)建工作,應該進一步的推廣及使用該項技術。

        1 問題提出背景

        當前,我國某省水利廳已經(jīng)開展了無違建河道的工作,想要進一步的加快該項工作的創(chuàng)建進程,相關的河道管理部門就需要實地勘測,摸底調(diào)查河道的實際狀況,從而全面且精確的掌握違建的信息。在傳統(tǒng)的調(diào)查模式下,其所使用的方法主要是人工巡查以及衛(wèi)星遙感影像,其中使用人工進行巡查時,所耗費的人力以及物力資源會比較多,并且人工巡查工作的開展效率會比較低,實際工作實施周期和時間較長,并不能達到理想的預期目標。應用衛(wèi)星遙感影像開展調(diào)查工作的效率會比較高,同時其還具備全面覆蓋等優(yōu)勢,但是一些地區(qū)的河道蜿蜒曲折,所需要調(diào)查的范圍比較廣,這一影像獲取的資金費用較高,并不能及時的進行更新,所以其在實際應用階段會受限。近些年來,我國無人機技術的發(fā)展趨于成熟,特別是在低空數(shù)據(jù)采集領域及所產(chǎn)生的作用尤為關鍵,可以供給航空衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),對其數(shù)據(jù)內(nèi)容進行補充和完善,因此需要分析無人機和GIS 技術在河道巡查中的應用,利用該技術巡查河道,構建巡查體系,賦予河道違建管理工作更強的信息化特性。

        2 河道巡查中無人機數(shù)據(jù)采集與處理

        2.1 無人機數(shù)據(jù)采集和處理

        2.1.1 前期準備

        無人機在采集各項數(shù)據(jù)信息之前,必須要巡查河道,收集整合與其相關的資料數(shù)據(jù),并對巡查區(qū)域的河流走向以及地形地貌等狀況進行全面化的分析,掌握其重要設施的實際情況,規(guī)劃實際巡查路線,并設定好巡查的日期。在到達現(xiàn)場之后,針對可能影響到飛行的危險因素進行全面的排查,其會涵蓋技術風險、質(zhì)量風險等,要明確的注明飛行航路上的高層建筑、橋梁以及電力線路等。特別是電氣化、高鐵等對于數(shù)據(jù)信息的干擾影響,探明其周圍是否存在軍用設施等相應的敏感區(qū)域。

        2.1.2 視頻拍攝與處理

        在使用無人機巡查拍攝河道資料時,應當優(yōu)先選擇晴朗的天氣,其濃見度要超過五千米,控制好飛行的高度,讓其處于相對高度50 米至100 米的范圍,這樣才可以保障其分辨率達標,結合現(xiàn)場河流的實際寬度,對其飛行高度進行調(diào)整,必須要保障其巡查拍攝覆蓋的范圍足夠充裕,并且無人機在飛行階段不能劇烈的抖動或者急轉(zhuǎn)彎等。[1]拍攝視頻時,要應用GPS等系統(tǒng)進行相關的定位,同步采集相應的飛行路徑,視頻成果應用非線性視頻編輯軟件,比如AfterEffects或者EDIUS 等軟件進行剪輯,將無關的內(nèi)容刪掉,保留好重要的視頻。目標內(nèi)容在精剪或者初剪原始素材之后,要重新確認視頻沒有存在任何的遺漏點,切實的保障視頻發(fā)布格式的質(zhì)量。通過觀看這部分視頻,能夠?qū)Ρ瘸鲚^為明顯的地物,讓其能夠始終處于流暢的環(huán)境下,盡可能地提高其拍攝視頻的真實性以及清晰度,針對其實際查到的疑似違法建筑設施提取視頻資料,同時跟蹤標注好這部分疑似違法的建筑設施。

        2.1.3 空中全景拍攝與處理

        在使用無人機全景拍攝重點區(qū)域的階段,實際的飛行高度必須要以航拍地點的地形等為基準進行設定,必須要確保其拍攝能夠覆蓋整個拍攝區(qū)域。結合實際拍攝天氣以及光線等環(huán)境狀況,適度調(diào)整相機拍攝參數(shù),防止其畫面曝光,要確保畫面沒有噪點,以無焦距偏移為拍攝的準則,多幅影像航攝參數(shù)必須要保持高度的一致性。[2]在現(xiàn)場拍攝的階段,檢驗航拍數(shù)據(jù),如果其數(shù)據(jù)質(zhì)量不達標,那么就必須要對航拍的參數(shù)進行調(diào)整,一直到其參數(shù)能夠達到要求標準。在具體作業(yè)時,無人機需要長期的穩(wěn)定在某一高度上空懸停,由作業(yè)人員觀測監(jiān)控器,每張平面照片要設置最少十分之七的重合部分,拍攝五圈約33 張照片。應用KolorAutopanoGiga、Pano2vr 等相應的軟件制作全景圖,之后再使用Photoshop 軟件,調(diào)整全景照片的色溫以及色調(diào)。通過調(diào)整陰影、對比度等相關的參數(shù),讓全景圖的色彩變得更好,同時還可以保障其拍攝資料的清晰度。在拼接圖片時,必須要預覽拼接的結果,并實時的調(diào)整其拼接的狀態(tài),必須要保證無縫銜接,沒有任何的重影,針對不能拍攝到的天頂區(qū)域,要從地面位置去補拍天空或者在后期去合成天空的素材。

        2.2 河道疑似違建信息判別和提取

        首先,堤腳線清晰明朗,要以堤腳線為基礎,在其范圍當中去排查疑似的違法建筑設施。

        其次,現(xiàn)狀堤腳線不能進行判別時,那么臨河緊鄰河道構建的建筑設施會被當作疑似違法建筑設施。

        最后,現(xiàn)狀堤腳線不能進行判別時,緊鄰河道的距離為七米,所構建而成的獨立建筑設施被當作疑似違法建筑設施。針對這部分疑似違法建筑設施,要結合視頻影像資料,從中提取出關鍵的圖片,并在圖片中標注出相應疑似違法建筑設施,在GoogleEarth 中提取一系列的坐標信息,應用ArcGIS 軟件計算出面積,同時調(diào)查疑似違法建筑設施的坐落位置,將相關的違法建筑設施信息填寫表中,要明確注明建筑設施的具體面積以及位置圖等[3]。

        3 基于GIS 的河道巡查系統(tǒng)開發(fā)

        3.1 GIS 信息管理系統(tǒng)的建設

        3.1.1 空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫建設

        構建空間數(shù)據(jù)庫的目的就是為了能夠高效合理的管理空間數(shù)據(jù)庫,利用其所存儲的空間數(shù)據(jù)引擎,供給應用系統(tǒng)服務。屬性數(shù)據(jù)庫主要是用來管理非空間的數(shù)據(jù)信息,同時調(diào)整屬性數(shù)據(jù)庫以及空間數(shù)據(jù)庫之間所存在的連接關系,保持二者的良好對應狀態(tài),讓屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)較好地連接在一起,防止其出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸斷裂等方面的問題。

        3.1.2 空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的錄入

        系統(tǒng)需要錄入屬性信息以及整治信息、評估信息、地理基礎數(shù)據(jù)信息等這部分動態(tài)空間數(shù)據(jù)內(nèi)容,同時其還具備較強的編輯功能,需要在作業(yè)時分析業(yè)務的實際發(fā)展,需要構建數(shù)據(jù)空間關系,將數(shù)據(jù)信息合并在一起,歸納整理各類數(shù)據(jù)信息,及時的開展空間關系調(diào)整等各類具體操作活動。屬性信息會受到時間節(jié)點的變化而產(chǎn)生改變,要錄入屬性信息,發(fā)揮出其編輯的功能,將其所編輯之后的數(shù)據(jù)信息存儲到相應的數(shù)據(jù)庫當中,讓其能夠和臺賬信息管理系統(tǒng)保持共用的狀態(tài)。

        3.1.3 現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理和錄入

        想要實現(xiàn)數(shù)字化的數(shù)據(jù)庫管理目標,就必須要高效地處理現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息,例如可以在開展河道治理工程時,利用CAD 文件讓其能夠改動生成為SHAPE 圖形文件等。

        3.2 系統(tǒng)具有的主要功能

        首先,系統(tǒng)可以錄入數(shù)據(jù)信息,其所錄入的數(shù)據(jù)信息會包含屬性信息以及空間信息等,對這些數(shù)據(jù)信息進行補充或者編輯的處理。

        其次,系統(tǒng)具備信息發(fā)布的功能,其能夠?qū)傩孕畔⒁约爸卫砜臻g等數(shù)據(jù)信息整合在一起,統(tǒng)一性地進行發(fā)布,這樣各級的用戶就能夠利用該系統(tǒng)瀏覽并查閱和安全評估排查等相關工作的內(nèi)容。

        再次,系統(tǒng)具有信息查閱的功能,其查閱的結果較為多元化,能夠選擇更為豐富的形式輸出最終的查閱結果。不管是表到圖,還是圖到表的查閱,功能都會較為便捷。

        最后,系統(tǒng)具備信息統(tǒng)計的功能,可以統(tǒng)計分析排查信息以及管養(yǎng)信息等。

        3.3 系統(tǒng)設計與關鍵技術

        河道巡查管理體系離不開計算機軟件的支持,以GIS 技術為基準,在衛(wèi)星地圖上顯示出河道的疑似違建信息,可以統(tǒng)一化的管理這部分疑似違建對象的屬性資料,并快速的查詢相應的視頻以及全景成果,使得各項工作的開展便捷性優(yōu)勢更強,可以協(xié)助監(jiān)督河道的拆違控違工作開展現(xiàn)狀,該系統(tǒng)實行B/S 架構,應用數(shù)據(jù)庫存儲飛行路徑、疑似違建等一系列的信息,使用JavaScript 等相關技術去開發(fā)網(wǎng)頁端的功能。[4]地圖聯(lián)動以及河道巡查視頻是該系統(tǒng)當中較為重要的一類技術,在視頻內(nèi)河道巡查至指定位置后,地圖能夠動態(tài)性的定位,達到聯(lián)動更新的目的,這樣可以賦予地圖以及視頻聯(lián)動的功效。要對視頻當中的地理空間位置進行解析的處理,結合時間軸繪制相關的字幕文件,將地理空間位置信息存儲到其中,該系統(tǒng)在播放視頻資料時,可以使用流媒體插件Ckplayer 的監(jiān)聽函數(shù),將其當前播放的時間信息截取出來,動態(tài)刷新地圖的位置點。

        3.4 系統(tǒng)信息的動態(tài)編輯與更新

        當前,我國國民經(jīng)濟的發(fā)展速度極快,這就使得各類基礎設施的建設進度越來越快,尤其是在水污染治理方面,大量地開展河流綜合治理等各項水利工程活動,分解治水提質(zhì)等各項任務,這樣河道基礎空間數(shù)據(jù)信息以及相關的隱患排查數(shù)據(jù)內(nèi)容就會產(chǎn)生很大的變化,往往會處于一種動態(tài)的分布狀況,要應用其系統(tǒng)所開發(fā)研制出的數(shù)據(jù)編輯功能,編輯并處理屬性以及空間信息,確保河道空間信息能夠及時的反饋出河道的最新動態(tài),賦予其系統(tǒng)更強的生機及活力。

        3.5 系統(tǒng)實現(xiàn)與展示

        當前,人們的生活質(zhì)量越來越高,這就使得水資源使用率以及水資源的需求矛盾問題變得越來越嚴重,我們需要合理的借助信息技術方式來緩解這一矛盾,探索GIS 技術和無人機技術信息化的具體表現(xiàn)方式,將其技術投入到河道巡查工作當中,能夠使其工作的范圍變得更大,同時應用的深度也會變得越來越深。當前,我國河道巡查的使用方式已經(jīng)能夠由原本的單一性可視化使用過度發(fā)展為將預測、模擬等多項功能整合在一起的復雜性使用,并且其功能也會變得更加的豐富,能夠分析比較各類地理信息變化,統(tǒng)一打包使用空間分析以及數(shù)據(jù)收集等多項功能。合理的應用GIS 和無人機系統(tǒng),能夠幫助河道巡查人員開展項目的總體規(guī)劃設計工作,同時還可以對河道工作的過程以及質(zhì)量進行嚴格的管控,整體工作的效率會比較高,可以促進我國河道巡查工作的開展。該河道巡查系統(tǒng)會將網(wǎng)絡切片服務當作地理的底圖,在影像地圖以及矢量地圖之間進行轉(zhuǎn)換,其帶有較強的基礎地理信息操作性能,河道巡查的成果展示功能會比較豐富。

        首先,其能夠巡查河流,完善無人機空中的視頻,并借助流媒體等多項技術去播放。多旋翼無人機采集的河道上,空線性收集整合的視頻資料,其視角的應用可以較為清晰且完整的覆蓋規(guī)定范圍當中的建筑設施狀況,同時還可以較為直觀的反饋出河流的概貌。

        其次,河道巡查具備河流定位的功能,可以把河流的矢量圖形發(fā)布至網(wǎng)絡地圖服務,應用GIS 的空間分析功能,查詢河流的名字,精確河流圖形的具體位置點,對其進行定位的處理。

        最后,河道巡查能夠查看違章的詳情狀況,應用表格的方式,將河流的違章詳細情況完整的展示出來,其會涵蓋違章點的違章建筑標記、違章點二級定位等各項信息,方便觀看違章段的視頻以及相應的展示界面。

        4 結語

        河道巡查是水務管理工作的一項重要任務,目前國內(nèi)外在這方面的信息系統(tǒng)都較為缺乏,國家也沒有提供相關的技術標準和相關規(guī)范,水務行業(yè)其他信息系統(tǒng)建設也較為不足,通過建設該系統(tǒng)可以對原有數(shù)據(jù)資源進行有效整合,建立起標準統(tǒng)一、格式一致、查詢檢索便捷、擴充性強的河道GIS 平臺,為后繼的其他相關業(yè)務提供統(tǒng)一入口,也為目前的河道管理工作提供技術支持,提高工作效率。我國無人機技術的使用范圍以及應用頻率比較高,同時GIS 技術也會在其領域當中彰顯出其技術自身的作用,將GIS 技術和無人機技術整合在一起,能夠進一步推動我國水利行業(yè)的發(fā)展進程,幫助水利行業(yè)調(diào)查流域、減災、防災等,同時提供給水利工程管理工作更為優(yōu)質(zhì)、高效的服務。

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