吳嫡捷，張世安

（1.黃河水利委員會(huì)河南黃河河務(wù)局，河南 鄭州 450003；2.黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，河南 鄭州 450003）

在水利領(lǐng)域中，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取和監(jiān)測(cè)水資源、水質(zhì)和水文信息對(duì)于水資源管理、災(zāi)害防控和水利工程建設(shè)具有重要意義。傳統(tǒng)的水利數(shù)據(jù)采集方法存在人力成本高、數(shù)據(jù)采集周期長(zhǎng)、覆蓋范圍有限等問(wèn)題。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和成熟，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)已成為一種高效、靈活且具有巨大潛力的水利數(shù)據(jù)采集手段，該技術(shù)結(jié)合了航空攝影、遙感和地理信息系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，通過(guò)搭載各種傳感器和設(shè)備，可以獲取高分辨率、多維度的水利數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的調(diào)查和監(jiān)測(cè)、洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警、水利工程施工監(jiān)理與質(zhì)量控制等多個(gè)方面的需求，為水利領(lǐng)域的決策提供科學(xué)依據(jù)[1-5]。

1 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的概述

1.1 定義和原理

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)是指利用無(wú)人機(jī)平臺(tái)搭載各種傳感器和設(shè)備，通過(guò)航空攝影、遙感和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段，對(duì)地面、水域等目標(biāo)進(jìn)行高效、精確的數(shù)據(jù)采集和測(cè)量的技術(shù)。它將無(wú)人機(jī)的飛行能力與先進(jìn)的傳感器技術(shù)相結(jié)合，能夠快速獲取大范圍、復(fù)雜地形的高分辨率數(shù)據(jù)，為水利領(lǐng)域的調(diào)查、監(jiān)測(cè)和決策提供準(zhǔn)確、全面的信息支持。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)原理主要包括以下幾個(gè)方面。

1）飛行控制。無(wú)人機(jī)通過(guò)先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)，包括GPS 導(dǎo)航、慣性測(cè)量單元（IMU）和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)飛行軌跡的規(guī)劃和控制[6]。飛行路徑可以提前設(shè)定，也可以根據(jù)實(shí)時(shí)需求進(jìn)行調(diào)整。

2）數(shù)據(jù)采集。無(wú)人機(jī)搭載多種傳感器和設(shè)備，如相機(jī)、激光雷達(dá)、熱紅外傳感器等，可以獲取不同類型的數(shù)據(jù)[7]。相機(jī)用于航空攝影，可以獲取高分辨率的圖像數(shù)據(jù)；激光雷達(dá)可以進(jìn)行地形測(cè)量和障礙物探測(cè)；熱紅外傳感器用于檢測(cè)地表溫度和熱紅外信息等。

3）數(shù)據(jù)處理與分析。無(wú)人機(jī)采集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理和分析，以提取有用的信息[8]。數(shù)據(jù)處理軟件可以進(jìn)行圖像拼接、數(shù)字高程模型（DEM）生成、地物分類等操作，從而得到準(zhǔn)確的地理信息。

4）數(shù)據(jù)應(yīng)用。無(wú)人機(jī)獲取和處理的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于水資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)、洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警、施工監(jiān)理與質(zhì)量控制等水利領(lǐng)域[9]，通過(guò)分析數(shù)據(jù)，可以了解水體的面積和水位變化、水質(zhì)參數(shù)、地表形態(tài)等關(guān)鍵信息，為決策者提供科學(xué)依據(jù)。

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)原理和方法的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，為水利領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用帶來(lái)了全新的可能性。通過(guò)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的技術(shù)配置，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以獲取高效、精確的數(shù)據(jù)，提升水利領(lǐng)域的工作效率和決策水平。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖是描述無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)中各個(gè)組成部分及其相互關(guān)系的圖，如圖1 能夠清晰地展示無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)的組成要素及其在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的功能和作用。無(wú)人機(jī)平臺(tái)攜帶各種傳感器和設(shè)備進(jìn)行飛行任務(wù)，飛行控制系統(tǒng)確保飛行軌跡和穩(wěn)定性，傳感器和設(shè)備采集各種數(shù)據(jù)，通信和導(dǎo)航系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)傳輸和飛行安全，數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而得到準(zhǔn)確的地理信息，這些組成部分之間通過(guò)數(shù)據(jù)流和指令流進(jìn)行連接和交互，無(wú)人機(jī)平臺(tái)與傳感器和設(shè)備之間通過(guò)接口進(jìn)行連接，傳感器和設(shè)備將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)可以通過(guò)通信系統(tǒng)傳輸給地面控制站或其他終端設(shè)備做進(jìn)一步分析和應(yīng)用。

圖1 無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的軟硬件

2.1 軟件

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的軟件包括飛行控制軟件和數(shù)據(jù)處理與分析軟件，這些軟件提供了無(wú)人機(jī)航測(cè)任務(wù)的規(guī)劃、控制和數(shù)據(jù)處理的功能，為無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供支持。

1）飛行控制軟件

飛行控制軟件用于規(guī)劃和控制無(wú)人機(jī)的飛行任務(wù)，主要功能：根據(jù)航測(cè)任務(wù)的需求和要求，飛行控制軟件可以根據(jù)地理信息和空域約束，自動(dòng)生成飛行路徑，包括起飛、航線、轉(zhuǎn)彎、拍攝點(diǎn)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[10]；通過(guò)GPS 導(dǎo)航和慣性測(cè)量單元（IMU）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的自動(dòng)駕駛功能，能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的飛行路徑和航測(cè)任務(wù)要求，自動(dòng)控制無(wú)人機(jī)的航向、高度和速度等參數(shù)[11]；實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)的飛行狀態(tài)和參數(shù)，包括飛行速度、姿態(tài)、電池電量等，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)，操作人員可以隨時(shí)掌握無(wú)人機(jī)的飛行情況，保證任務(wù)的安全和順利進(jìn)行[12]。

2）數(shù)據(jù)處理與分析軟件

數(shù)據(jù)處理與分析軟件用于對(duì)采集到的航測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和提取有用信息，它具備以下主要功能：對(duì)采集到的航空?qǐng)D像進(jìn)行處理和拼接，生成無(wú)人機(jī)飛行區(qū)域的全景圖像[13]，通過(guò)圖像處理算法，可以自動(dòng)匹配、校正和拼接圖像，生成高分辨率、無(wú)接縫的全景圖像；利用采集到的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)或圖像數(shù)據(jù)，生成數(shù)字高程模型（DEM）和三維地形模型[14]，這些模型可以提供地形測(cè)量、地貌分析和體積計(jì)算等功能，為水利領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供支持；通過(guò)圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以自動(dòng)識(shí)別水體、建筑物、植被等地物類型，并提取相關(guān)的屬性和特征信息，這樣的地物分類和識(shí)別能夠在水利領(lǐng)域的水資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)中提供精確的地物信息，幫助監(jiān)測(cè)水體的變化、分析植被覆蓋情況，以及發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)；將處理后的數(shù)據(jù)以直觀的方式展示出來(lái)，為決策者和研究人員提供可靠的信息支持，通過(guò)軟件的功能和算法，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理和分析，為水利領(lǐng)域的決策和管理提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 硬件

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的硬件部分包括無(wú)人機(jī)平臺(tái)及其相關(guān)設(shè)備和傳感器，這些硬件設(shè)備提供了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)哪芰?，是無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的實(shí)際實(shí)施工具。

1）無(wú)人機(jī)平臺(tái)

無(wú)人機(jī)平臺(tái)是無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的核心組成部分，選擇合適的無(wú)人機(jī)平臺(tái)對(duì)于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的航測(cè)數(shù)據(jù)采集至關(guān)重要。常見(jiàn)的無(wú)人機(jī)平臺(tái)類型包括多旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼無(wú)人機(jī)和垂直起降無(wú)人機(jī)，它們同時(shí)具備高穩(wěn)定性、長(zhǎng)航時(shí)能力、多功能載荷能力等特點(diǎn)，但不同的飛行特性適合應(yīng)用于不同的作業(yè)場(chǎng)景。多旋翼無(wú)人機(jī)具有垂直起降和懸停能力，能夠在較小的空間內(nèi)進(jìn)行精準(zhǔn)懸停和飛行[15]，這使其在需要低空細(xì)致觀察和近距離拍攝的水利應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，如水體測(cè)量和水質(zhì)監(jiān)測(cè)。固定翼無(wú)人機(jī)具有長(zhǎng)航時(shí)能力和較大的航程，適用于大范圍的快速航測(cè)任務(wù)[16]，它們通常搭載高分辨率相機(jī)和激光雷達(dá)等傳感器，用于生成高精度的地形模型和進(jìn)行地物分類等應(yīng)用。垂直起降無(wú)人機(jī)結(jié)合了固定翼和多旋翼的優(yōu)勢(shì)，能夠在垂直和水平方向上靈活運(yùn)動(dòng)[17]，它們?cè)谛枰怪逼鸾岛烷L(zhǎng)航時(shí)的任務(wù)中表現(xiàn)出色，如大規(guī)模水資源調(diào)查和洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。

2）傳感器和設(shè)備

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)中使用的傳感器和設(shè)備多樣化，需根據(jù)任務(wù)需求和測(cè)量目標(biāo)的不同而選擇不同的設(shè)備。常見(jiàn)的傳感器和設(shè)備：相機(jī)用于航拍圖像的采集，可以是普通相機(jī)或者專業(yè)航空相機(jī)[18]，相機(jī)可以獲取高分辨率的圖像數(shù)據(jù)，用于地物識(shí)別、變化監(jiān)測(cè)和地圖制作等；光雷達(dá)（LiDAR）可以通過(guò)發(fā)射激光束并測(cè)量其返回時(shí)間來(lái)獲取地面或物體的高度和三維坐標(biāo)信息[19]，可以提供高精度的地形數(shù)據(jù)，用于數(shù)字高程模型（DEM）的生成和地物特征的提??；紅外熱像儀可以測(cè)量物體的熱輻射，用于檢測(cè)地表溫度分布、水體溫度變化和熱點(diǎn)識(shí)別等[20]，紅外熱像儀在水利領(lǐng)域的應(yīng)用包括水資源監(jiān)測(cè)、漏水檢測(cè)和熱污染源的識(shí)別等；多光譜傳感器可以捕捉多個(gè)波段的光譜信息，用于植被生長(zhǎng)狀態(tài)、植被覆蓋和植被健康狀況的監(jiān)測(cè)[21]，通過(guò)多光譜圖像的處理和分析，可以提供植被指數(shù)和植被分類等信息；全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）接收機(jī)用于無(wú)人機(jī)的定位和導(dǎo)航，利用全球定位系統(tǒng)（如GPS）提供的衛(wèi)星信號(hào)來(lái)確定無(wú)人機(jī)的位置和速度[22]，GNSS 接收機(jī)的準(zhǔn)確性對(duì)于無(wú)人機(jī)航測(cè)任務(wù)的成功實(shí)施至關(guān)重要；數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)設(shè)備用于將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至地面控制站或其他終端設(shè)備，并進(jìn)行存儲(chǔ)和備份[23]，這些設(shè)備包括無(wú)線通信模塊、存儲(chǔ)卡、硬盤(pán)等，能夠確保數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和安全存儲(chǔ)。

3）通信和導(dǎo)航系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)航測(cè)任務(wù)的順利進(jìn)行，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)需要可靠的通信和導(dǎo)航系統(tǒng)。通信系統(tǒng)包括無(wú)線通信模塊和地面控制站，通過(guò)與地面控制站的通信，操作人員可以監(jiān)控?zé)o人機(jī)的狀態(tài)、調(diào)整航線和接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)[24]，無(wú)線通信模塊確保了地面控制站與無(wú)人機(jī)之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸。導(dǎo)航系統(tǒng)使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（如GPS）來(lái)確定無(wú)人機(jī)的位置、速度和航向[25]，準(zhǔn)確的導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的航測(cè)數(shù)據(jù)采集和飛行路徑規(guī)劃至關(guān)重要。

通過(guò)合理選擇和配置無(wú)人機(jī)平臺(tái)、傳感器和設(shè)備，以及配備可靠的通信和導(dǎo)航系統(tǒng)，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)能夠在水利領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量、高效率的應(yīng)用。這些硬件組件的選擇和性能將直接影響航測(cè)數(shù)據(jù)的精度、分辨率和覆蓋范圍，從而對(duì)水利工程規(guī)劃、水資源管理和洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等提供有力的支持。

3 在水資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 水面面積測(cè)量與水位監(jiān)測(cè)

水面面積和水位是水資源調(diào)查和管理中重要的參數(shù)。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以提供高精度的水面面積測(cè)量和水位監(jiān)測(cè)，為水資源管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

1）水面面積測(cè)量精度評(píng)估

通過(guò)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)獲取的航空?qǐng)D像或激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像處理和分析算法，可以準(zhǔn)確測(cè)量水體的面積[26]。評(píng)估水面面積測(cè)量的精度可達(dá)到1.5～5.0 cm2，需要考慮圖像分辨率、相機(jī)標(biāo)定和幾何校正、高程數(shù)據(jù)配準(zhǔn)等因素。高分辨率的航空?qǐng)D像可以提供更精細(xì)的水體邊界和細(xì)節(jié)信息，從而提高測(cè)量精度；相機(jī)的幾何校正和標(biāo)定可以消除圖像畸變和投影誤差，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；通過(guò)激光雷達(dá)獲取的地面高程數(shù)據(jù)可以與圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，以獲得更準(zhǔn)確的水體邊界和面積信息。

評(píng)估水面面積測(cè)量的精度通常采用與實(shí)地測(cè)量結(jié)果的比對(duì)來(lái)進(jìn)行，通過(guò)對(duì)比分析，可以評(píng)估無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水面面積測(cè)量方面的準(zhǔn)確性和可靠性。

2）水位監(jiān)測(cè)精度評(píng)估

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以通過(guò)激光雷達(dá)或其他傳感器測(cè)量水位，提供水體水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[27]。評(píng)估水位監(jiān)測(cè)的精度可達(dá)到1.5～5.0 cm，需要考慮激光雷達(dá)測(cè)量精度、系統(tǒng)定標(biāo)和準(zhǔn)確度校正、環(huán)境因素影響等因素。激光雷達(dá)的測(cè)量精度對(duì)水位監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性具有直接影響；對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行定標(biāo)和準(zhǔn)確度校正可以消除系統(tǒng)誤差，提高水位監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；水體表面波動(dòng)、浪涌和水質(zhì)變化等因素會(huì)對(duì)水位測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響，需要綜合考慮和補(bǔ)償。

評(píng)估水位監(jiān)測(cè)精度通常涉及與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量或其他水文觀測(cè)站點(diǎn)的對(duì)比，通過(guò)與實(shí)地測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，可以評(píng)估無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水位監(jiān)測(cè)方面的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)

水質(zhì)參數(shù)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)對(duì)于水資源管理和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要。無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)可以獲取高分辨率的水體圖像和光譜數(shù)據(jù)，用于水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估[28]，水質(zhì)參數(shù)主要包括常規(guī)五參數(shù)、氨氮、氯化物、氟化物、重金屬、石油類揮發(fā)酚、葉綠素、藍(lán)綠藻、硝酸鹽等，監(jiān)測(cè)的精度需要考慮以下因素。

1）光譜傳感器精度評(píng)估

無(wú)人機(jī)搭載的多光譜傳感器可以獲取不同波段的光譜數(shù)據(jù)，用于水體中的水質(zhì)參數(shù)推測(cè)。評(píng)估光譜傳感器的精度包括波段分辨率和光譜分辨率、輻射校正和大氣校正。傳感器的波段分辨率決定了可以檢測(cè)的光譜范圍，而光譜分辨率決定了能夠分辨的光譜特征，較高的分辨率有助于提高水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測(cè)精度。光譜數(shù)據(jù)需要進(jìn)行輻射校正和大氣校正，以消除光照條件和大氣因素對(duì)數(shù)據(jù)的影響，校正的準(zhǔn)確性對(duì)于水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度具有重要影響。

2）水質(zhì)參數(shù)推測(cè)算法評(píng)估

基于獲取的光譜數(shù)據(jù)，結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測(cè)樣本和相關(guān)算法，可以推測(cè)水體中的水質(zhì)參數(shù)。評(píng)估水質(zhì)參數(shù)推測(cè)算法的精度包括算法的準(zhǔn)確性和適用性、樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量。算法需要準(zhǔn)確地建立光譜特征與水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系，并適用于不同的水體類型和環(huán)境條件；算法的精度受到用于建模和驗(yàn)證的樣本數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量的影響，樣本數(shù)據(jù)應(yīng)具有代表性和多樣性，以提高推測(cè)結(jié)果的可靠性。

通過(guò)與實(shí)地采樣和實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果的對(duì)比，可以評(píng)估無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)方面的準(zhǔn)確性和可行性。準(zhǔn)確評(píng)估無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)中的監(jiān)測(cè)精度，有助于確定其在水利領(lǐng)域的應(yīng)用潛力和可靠性，為水資源管理和決策提供可靠的依據(jù)，有助于改善水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)。

4 在洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警中的應(yīng)用

4.1 地表高程測(cè)量

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警中扮演著重要角色，能夠獲取高分辨率的地表形態(tài)信息，其中，地表高程的測(cè)量精度是至關(guān)重要的[29]。通過(guò)搭載激光雷達(dá)（LiDAR）或多光譜相機(jī)等傳感器，無(wú)人機(jī)可以獲取地表的高程數(shù)據(jù)，并生成數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）。DEM能夠提供準(zhǔn)確的地表高程信息，為洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地表高程測(cè)量方面的精度不大于1.5 cm，其影響因素涉及到數(shù)據(jù)采集、處理和精度驗(yàn)證等方面。在數(shù)據(jù)采集方面，無(wú)人機(jī)的飛行高度、飛行速度、圖像重疊度等參數(shù)會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的精度，適當(dāng)?shù)娘w行參數(shù)設(shè)置和路徑規(guī)劃能夠提高地表高程測(cè)量的精確性。在數(shù)據(jù)處理方面，需要進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)、濾波和插值等操作，以獲得光滑且準(zhǔn)確的地表高程模型。最后，通過(guò)與地面控制點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)和驗(yàn)證，可以評(píng)估無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地表高程測(cè)量中的具體精度。

4.2 地表覆蓋分類與變化檢測(cè)

除了地表高程測(cè)量，無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)還可用于地表覆蓋分類與變化檢測(cè)，對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警具有重要意義[30]。利用無(wú)人機(jī)獲取的高分辨率影像數(shù)據(jù)，結(jié)合遙感圖像處理和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地表覆蓋類型的準(zhǔn)確分類和監(jiān)測(cè)。

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地表覆蓋分類與變化檢測(cè)方面的精度同樣需要考慮數(shù)據(jù)采集、處理和驗(yàn)證等環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)采集方面，無(wú)人機(jī)航行的高度、相機(jī)參數(shù)和影像采集模式等因素會(huì)對(duì)地表覆蓋分類的精度產(chǎn)生影響。在數(shù)據(jù)處理方面，需要進(jìn)行影像預(yù)處理、特征提取和分類算法的應(yīng)用，以獲得準(zhǔn)確的地表覆蓋分類和變化信息。最后，可以通過(guò)與地面真實(shí)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在地表覆蓋分類與變化檢測(cè)中的精度進(jìn)行評(píng)估。

5 在水利工程施工監(jiān)理與質(zhì)量控制中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水利工程施工監(jiān)理與質(zhì)量控制方面發(fā)揮著重要的作用，可以提供高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)，以確保施工過(guò)程的合規(guī)性和質(zhì)量可控性。

5.1 主要儀器設(shè)備的技術(shù)參數(shù)

1）激光雷達(dá)

激光雷達(dá)用于獲取地面和地形的高程數(shù)據(jù)，可以提供高精度的地形模型和地物三維信息，技術(shù)參數(shù)包括測(cè)距精度、角度分辨率、掃描頻率等。

2）多光譜相機(jī)

多光譜相機(jī)用于獲取不同波段的光譜數(shù)據(jù)，用于土壤、植被和地表覆蓋的監(jiān)測(cè)和分析，技術(shù)參數(shù)包括相機(jī)的波段范圍、波段分辨率、空間分辨率等。

3）紅外熱像儀

紅外熱像儀用于檢測(cè)和監(jiān)測(cè)水利工程中的溫度變化，如滲漏、熱點(diǎn)和異常熱量，技術(shù)參數(shù)包括熱像儀的溫度靈敏度、空間分辨率、測(cè)量范圍等。

5.2 技術(shù)應(yīng)用

1）施工過(guò)程監(jiān)測(cè)

通過(guò)航空攝影和激光掃描技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)展、變化和質(zhì)量狀況，以及檢測(cè)施工過(guò)程中可能存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)[31]。

2）工程質(zhì)量檢測(cè)

利用無(wú)人機(jī)獲取的高分辨率圖像和數(shù)據(jù)，對(duì)水利工程的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和檢測(cè)，包括結(jié)構(gòu)、地基、管道等方面的檢測(cè)和分析[32]。

3）安全監(jiān)控

通過(guò)紅外熱像儀等設(shè)備，對(duì)水利工程的安全隱患進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)警，如滲漏、裂縫、異常溫度等情況[33]。

5.3 性能要求

1）高精度和高分辨率

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)需要提供高精度的數(shù)據(jù)采集和測(cè)量，以滿足水利工程施工監(jiān)理和質(zhì)量控制的要求。同時(shí)，高分辨率的數(shù)據(jù)可以提供細(xì)節(jié)豐富的圖像和模型，用于精確分析和評(píng)估。

2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)能力，能夠及時(shí)捕捉施工現(xiàn)場(chǎng)的變化和問(wèn)題，并及時(shí)反饋給相關(guān)人員，以支持及時(shí)的決策和調(diào)整。

3）數(shù)據(jù)處理和分析能力

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)需要具備數(shù)據(jù)處理和分析的能力，能夠?qū)Λ@取的圖像、激光掃描數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效處理和分析，并生成可視化的結(jié)果和報(bào)告。

4）環(huán)境適應(yīng)性

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)應(yīng)適應(yīng)不同的水利工程環(huán)境和場(chǎng)景，包括復(fù)雜的地形、天氣條件和工程結(jié)構(gòu)等。相應(yīng)的傳感器和設(shè)備應(yīng)具備良好的適應(yīng)性和可靠性，以確保在各種條件下的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)采集。

5）操作安全性和可靠性

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在施工現(xiàn)場(chǎng)需要確保操作的安全性和可靠性。應(yīng)制定和執(zhí)行相應(yīng)的操作規(guī)范、飛行計(jì)劃和應(yīng)急預(yù)案，以確保無(wú)人機(jī)航測(cè)過(guò)程的安全和可控。

6 結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)中，通過(guò)高分辨率的圖像采集和數(shù)據(jù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的水面面積測(cè)量和水位監(jiān)測(cè)，這為水資源管理和決策提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，提高了水資源的監(jiān)測(cè)精度和管理效率。在洪水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警中，通過(guò)獲取高分辨率的地表形態(tài)信息，可以精確地分析洪水淹沒(méi)區(qū)域和水流動(dòng)態(tài)，提供了洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要依據(jù)，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)洪水發(fā)展情況，并及時(shí)提供預(yù)警信息，提高了洪水預(yù)警的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。在水利工程施工監(jiān)理與質(zhì)量控制中，通過(guò)高精度的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)的進(jìn)展情況和質(zhì)量狀況，提供了可靠的數(shù)據(jù)支持和監(jiān)控手段，同時(shí)能夠快速獲取大范圍的數(shù)據(jù)，提高了施工監(jiān)理的效率和準(zhǔn)確性。在未來(lái)的研究和實(shí)踐中，建議不斷優(yōu)化技術(shù)手段和提高系統(tǒng)性能，以滿足水利領(lǐng)域?qū)_數(shù)據(jù)的需求，并加強(qiáng)對(duì)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，促進(jìn)無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在水利領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用，進(jìn)一步提升水利工作的效率和水平，推動(dòng)水利領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展。