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        桓仁水庫(kù)風(fēng)險(xiǎn)源無(wú)人機(jī)遙感解譯

        2023-02-16 01:49:20
        農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2023年3期
        關(guān)鍵詞:桓仁航拍差分

        李 崇

        (遼寧省生態(tài)環(huán)境保護(hù)科技中心,遼寧 沈陽(yáng) 110161)

        生命起源于水,人類擇水而居,水資源一直都是人類基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源。無(wú)論是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活,還是國(guó)防建設(shè)、生態(tài)建設(shè),都需要充足、優(yōu)質(zhì)的淡水水源。

        桓仁水庫(kù)是遼寧省最大的水庫(kù),是一座以發(fā)電為主,兼顧飲用水源、防洪灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合多功能大型水庫(kù)。桓仁水庫(kù)在大伙房水庫(kù)上游,屬于大伙房水源保護(hù)區(qū)的重要部分,承擔(dān)著遼寧省12個(gè)城市2300萬(wàn)人口的供水任務(wù)。因此,確?;溉仕畮?kù)水質(zhì)安全有著重大的戰(zhàn)略意義,飲用水源風(fēng)險(xiǎn)排查正是一種有效的預(yù)防手段[1]。

        對(duì)比傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)源排查,無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)明顯:直觀、可視化,無(wú)人機(jī)產(chǎn)生的高分辨率影像可以直觀識(shí)別污染源、污染口、可見(jiàn)漂浮物等,并生成分布圖,為環(huán)境評(píng)價(jià)和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供科學(xué)依據(jù);快速高效,對(duì)于突發(fā)事件,無(wú)人機(jī)可立即對(duì)大范圍內(nèi)的監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控,單臺(tái)無(wú)人機(jī)日監(jiān)控能力可達(dá)200~320元·km-2,監(jiān)測(cè)結(jié)果可在短時(shí)間內(nèi)生成高清影像數(shù)據(jù)、水體透明度等專題數(shù)據(jù),為環(huán)境保護(hù)工作提供決策支持;大尺度、宏觀,無(wú)人機(jī)可實(shí)現(xiàn)不同高度的高空間、大區(qū)域監(jiān)測(cè),也可實(shí)現(xiàn)低空間、小區(qū)域監(jiān)測(cè),可同時(shí)多架次監(jiān)測(cè)數(shù)萬(wàn)平方公里,通過(guò)多光譜分析,還可以得到大面積的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),將面積信息與傳統(tǒng)的點(diǎn)信息結(jié)合起來(lái),從而為整個(gè)區(qū)域的宏觀環(huán)境評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

        本文通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)桓仁水庫(kù)周邊風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行全面排查,以期及時(shí)更新風(fēng)險(xiǎn)源信息,提升水源保護(hù)區(qū)管理能力。

        1 桓仁水庫(kù)概況

        1.1 地理位置

        桓仁水庫(kù)是遼寧省最大的水庫(kù),在桓仁縣境內(nèi),建于1968年,坐標(biāo)范圍為E125°20′~125°50′,N41°10′~41°36′,位于遼寧省東南部渾江流域中下游,橫跨遼寧、吉林2省的桓仁、通化、集安3縣轄區(qū)[2]。

        1.2 水文特征

        桓仁水庫(kù)為河道型大Ⅰ型水庫(kù),主要功能為蓄水與發(fā)電,兼顧灌溉、防洪、養(yǎng)魚(yú)。水庫(kù)全長(zhǎng)81km,水深10~15m,控制流域面積10400km2,總庫(kù)容量34.6億m3?;溉仕畮?kù)中水的來(lái)源主要為渾江,其它還有新開(kāi)河、富爾江等7條河流。集水區(qū)年平均降水量895mm,年平均流量45.4×108m3。水庫(kù)水體年平均溫度10.8℃,封冰期4個(gè)月。水庫(kù)含沙量低,平均含沙量為0.71kg·m-3[3,4]。

        2 航拍平臺(tái)及參數(shù)

        2.1 航拍平臺(tái)

        航拍平臺(tái)采用成都縱橫CW-15垂直起降型無(wú)人機(jī),見(jiàn)圖1。CW-15純電動(dòng)垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng),垂直起降、全自主飛行,操作簡(jiǎn)單;可配置多個(gè)任務(wù)模塊艙,根據(jù)實(shí)際需求任務(wù)載荷等;機(jī)身結(jié)構(gòu)高度模塊化,各連接結(jié)構(gòu)全部采用快鎖裝置;旋翼機(jī)臂采用折疊設(shè)計(jì),無(wú)需拆卸,電氣和機(jī)械連接一次同步,進(jìn)一步提高可靠性和便捷性。

        2.2 性能特點(diǎn)

        2.2.1 一機(jī)多用

        一個(gè)飛行平臺(tái)可配置多個(gè)任務(wù)模塊艙,根據(jù)任務(wù)需求更換正射相機(jī)、五拼傾斜攝影相機(jī)、多光譜、高光譜、航磁、光電吊艙與圖傳等,方便輸出多種數(shù)據(jù)成果,且能節(jié)約新增飛行平臺(tái)費(fèi)用。

        圖1 CW-15無(wú)人機(jī)

        2.2.2 長(zhǎng)航時(shí)

        搭載正射或傾斜設(shè)備,最高航時(shí)達(dá)到160min。

        2.2.3 高原性能

        可在4500m海拔正常起飛,巡航高度可達(dá)6500m。

        2.2.4 大載重

        最大任務(wù)載荷能力高達(dá)2.5kg。

        2.2.5 折疊機(jī)臂

        旋翼機(jī)臂無(wú)需拆卸,通過(guò)折疊設(shè)計(jì),進(jìn)一步提高可靠性和便捷性。

        2.2.6 垂直起降

        大大減小對(duì)場(chǎng)地、彈射架、降落傘等依賴,作業(yè)場(chǎng)地適應(yīng)廣。

        2.2.7 全自主起飛

        無(wú)需遙控器,一鍵起降,安全簡(jiǎn)便,降落精度10cm以內(nèi)。

        2.2.8 RTK/PPK

        標(biāo)配實(shí)時(shí)差分和事后差分2種模式同時(shí)使用,實(shí)時(shí)差分主要用于厘米級(jí)精準(zhǔn)自主垂直降落,后期差分主要用于輸出高精度POS數(shù)據(jù),確保減少50%~80%像控點(diǎn)。

        2.2.9 效率高

        最大作業(yè)續(xù)航時(shí)間可達(dá)2.5h,單架次可以完成6km2以上(1∶500比例尺);10~15km2(1∶1000比例尺);20~25km2(1∶2000比例尺)航測(cè)任務(wù)。

        2.2.10 姿態(tài)好

        氣動(dòng)設(shè)計(jì)通過(guò)嚴(yán)格的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),飛行控制采用總能量自適應(yīng)算法,確保姿態(tài)穩(wěn)定,方便生成DLG成果。

        2.2.11 曝光同步

        曝光同步模塊確保曝光延時(shí)控制在10ms以內(nèi)。

        2.2.12 模塊化設(shè)計(jì)

        使用插銷、卡扣、自鎖裝置,無(wú)需任何工具即可完成無(wú)人機(jī)拆裝。

        2.2.13 雙GPS多冗余設(shè)計(jì)

        確保飛行過(guò)程中若主差分GPS出現(xiàn)異常可以平滑切換到備份GPS,保障飛行安全。

        2.2.14 雙磁羅盤(pán)多冗余設(shè)計(jì)

        確保飛行過(guò)程中若內(nèi)置磁羅盤(pán)出現(xiàn)異常可以平滑切換到備份外置磁羅盤(pán),保障飛行安全。CW-15具體相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1 無(wú)人機(jī)參數(shù)

        2.3 航拍參數(shù)

        航拍時(shí)間2021年10月19—23日,飛行高度950m。利用武漢航天遠(yuǎn)景公司攝影測(cè)量軟件進(jìn)行影像拼接與處理,生成保護(hù)區(qū)的正射影像。

        3 疑似風(fēng)險(xiǎn)源遙感解譯

        3.1 風(fēng)險(xiǎn)源分類

        根據(jù)實(shí)際工作需要,風(fēng)險(xiǎn)源具體分為工業(yè)企業(yè)、畜禽養(yǎng)殖、污水處理廠、加油站、醫(yī)療院所、橋梁、垃圾填埋場(chǎng)、采礦企業(yè)和其它。

        3.2 解譯過(guò)程

        采用目視解譯方式,即使用眼睛目視觀察,憑借解譯人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和掌握的相關(guān)資料,通過(guò)大腦分析、推理和判斷,提取有用的信息。具體步驟:將已有風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)和航拍正射影像疊加;參考風(fēng)險(xiǎn)源目標(biāo)處影像的位置、布局、顏色、色調(diào)、大小、形狀、陰影、紋理、圖案等信息,建立目標(biāo)水源地風(fēng)險(xiǎn)源解譯標(biāo)志;完成整個(gè)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)源解譯。通過(guò)遙感解譯提取桓仁水庫(kù)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源圖斑,利用航拍影像和衛(wèi)星影像解譯桓仁水庫(kù)的疑似風(fēng)險(xiǎn)源。

        3.3 解譯結(jié)果

        桓仁水庫(kù)疑似風(fēng)險(xiǎn)源清單具體見(jiàn)表2。

        表2 桓仁水庫(kù)疑似風(fēng)險(xiǎn)源清單

        續(xù)表 桓仁水庫(kù)疑似風(fēng)險(xiǎn)源清單

        根據(jù)表2可以看出,桓仁水庫(kù)周邊疑似風(fēng)險(xiǎn)源共68個(gè),全部為小型養(yǎng)殖企業(yè)和工業(yè)企業(yè)。風(fēng)險(xiǎn)源示意分布情況和詳情見(jiàn)圖2、圖3。

        圖2 桓仁水庫(kù)疑似風(fēng)險(xiǎn)源示意圖

        圖3 桓仁水庫(kù)疑似風(fēng)險(xiǎn)源詳圖舉例

        4 總結(jié)

        本文利用無(wú)人機(jī)遙感對(duì)桓仁水庫(kù)周邊所有疑似潛在風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了初級(jí)篩查,列出風(fēng)險(xiǎn)源清單,疑似風(fēng)險(xiǎn)源共68個(gè),主要為小型養(yǎng)殖企業(yè)和工業(yè)企業(yè)。今后應(yīng)按照實(shí)地調(diào)研等方式,進(jìn)一步明確和完善養(yǎng)殖企業(yè)和工業(yè)企業(yè)的種類、運(yùn)行狀態(tài)、產(chǎn)污類別、排污量和排污去處等信息。風(fēng)險(xiǎn)源排查大大縮短了時(shí)間成本,進(jìn)一步證明了無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)的可行性,為將來(lái)水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)常規(guī)監(jiān)測(cè)提供了新的技術(shù)手段。

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