无人机低空遥感技术在水利上的应用探讨

袁楠奇

【摘要】 无人机遥感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing），通常意义上讲就是利用先进的无人机飞行器的飞行技能、搭载的遥控控制技术、通信、定位、摄影等功能，以此达到智能化、自动化、高效、快速反应的数据采集处理能力。以达到数据建模、遥感数据处理、采取相应措施与分析应用技术。本文探究了无人机低空遥感技术的发展、应用特点等，就无人机低空遥感技术在水利相关方面的应用做出重点探讨，如水利中的监测自然灾害、水域动态监测、水利工程监测与摄影等。无人机技术的应用不仅能够加强水利相关领域的管控，它也是我国智能制造、人工智能发展的重要体现。

【关键词】 无人机 遥感技术 水利 应用

近年来，全球气候的极具变化不仅对人们的生活生产造成严重的影响，还对水利资源、水利建设带来的很大的挑战，水资源环境的利用与保护受到越来越多的人关注。水利相关领域的管控受到国家和地方的重视，这给无人机水利资源的利用也带来的难得的发展机遇。无人机因体积小、机动性强、具备多种获取低空资源的能力，在水利相关管理上也逐渐得到了发展应用。无人机所搭载的低空遥感技术是以低空飞行的无人机为载体，搭载高分辨率影像采集系统，热成像系统等多种信息采集系统，对探测领域内的目标物进行识别、揭示其几何、物理性质和相互关系。无人机低空遥感技术可应用于防灾减灾、水域动态监测、水利工程建设与管理、水土保持等水利相关业务。本文主要以无人机低空遥感技术为导向，探究了低空遥感技术在水利防汛抗旱与水利工程管理等方面的应用，得到了未来无人机在水利建设方面的推广示范和引领意义。

一、无人机低空遥感技术的发展

无人机的研制源于国外，早期主要应用在军事上，近期逐渐扩展到民用遥感飞行平台。美国在20世纪60年代就开始用低空遥感飞行器作为空中气象侦查平台。随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、体积小、重量轻、探测精度高的新型传感器的不断出现，使无人机低空遥感技术的性能不断提高，应用领域迅速拓展。无人机可分为固定翼型、旋翼型和飞艇等种类。飞艇的飞行因受大风和雷雨的气候条件影响比较大，稳定性差，较少应用于航测遥感。受限于电池性能和飞行速度，旋翼型无人机一般适用于小范围动态监测。固定翼型无人机抗风能力强、飞行速度快、稳定性高，是类型最多、应用最广的低空遥感平台。以中国测绘科学研究院研制的UAVRS-II低空遥感监测系统，中科院遥感所自主研发的IRSA系列专业航空遥感系统为代表的油动长航型无人机，其特点是航时长、航程远、航高高，适合做大面积航摄项目。超小型的低空遥感平台主要优势体现在机动灵活、快速反应、任务现场择地就近起飞。比较有代表性的是美国天宝Trimble UX5 固定翼低空遥感系统。

二、无人机技术应用特点

1.快速机动的响应能力。低空无人机飞行器具有起落时间短、操作方便、便于运输等特点。其搭载的遥感系统可以快速对监测区域进行收集数据。对于一些复杂地形，危險区域等具有快速机动响应能力，能在第一时间做出迅速反应。

2.高清影像与精准定位的数据收集能力。无人机搭载的影像收集系统可以拍摄清楚的区域影像资料，其具有精准的定位能力。除此之外，还能对监测区域的特殊目标进行全色、单波、多波等多角度拍摄。整个低空遥感系统具有快速反应、快速处理数据、分析梳理数据以及与其他系统共同作用的能力。对于一些复杂地形，能够获得较为清晰的影像资料，为后续工作提供一手准确信息。

3.多种任务设备的应用拓展能力。无人机处理本体的低空遥感系统以外，还搭载很多不同类型的小型遥感系统，如高清摄像头、雷达系统、热成像监测仪等。不同类型的遥感系统能拓宽监测的功能，以满足多种监测需求。可以达到高清成像、红外线热成像、雷达监测等多种拓展能力。

4.运营成本低廉。无人机低空遥感系统因体积小，材料普通，系统构架容易实现等。因此具有运营成本、维护成本和操控手的培养成本远远低于其他遥感系统。

5.满足测量精度要求。无人机低空遥感系统既可发挥航拍的作用，又可基于后续处理达到成果的精度要求。原始相片最高分辨率在10cm之内，影像成果至少达到1：2000成图精度。能够对于一些重要地形及目标进行高精度测量。

三、无人机低空遥感技术在水利上的应用

1.防灾减灾的应用。1.定期监测过旧、高危等关键性水利设施。在正常的防汛工作里，无人机能够穿越高危地带、到达交通不便的地区，全方位监测时间久远的大坝、堤防和水库、堤防险工险段。能够使维修人员及时对水利设备进行维修，减少人为查看的时间、精力。极大方便了水利设备的维修与检测。2.提升预警监测水平。利用航拍正射影像和数字高程模型，生成三维模型，模拟灾害过程及灾后损失，建立相关的减灾救灾预警数据库，有利于提高灾害预警的准确性。例如，防洪指挥系统根据假定水位高程，自动生成淹没区并计算统计受灾面积和损失。3.提供客观、及时的灾情信息。根据无人机航测遥感影像，直观获知灾情状况、强度及分布情况，实时传回指挥中心，能够准确给出当时火灾现场的时实情况，避免出现因人为表述而意见不同的决策。能够及时有效制定救灾指挥措施，避免灾害救助的盲目性。4. 评估灾害损失、监督灾后重建进展。通过对比灾害前后获取的影像数据，利用无人机遥感技术能够准确对灾害进行评估与判断。遥感影像可以作为灾区灾后重建规划的依据。

2、水域动态监测的应用。随着自然经济的利用与发展，以前收集的很多水系资料、流域情况已经不能准确反映当前该水系的情况。利用无人机遥感技术对当前水域进行重新监测与数据收集，能够快速、准确、方便对流域情况进行监测。节省大量人力、物力。利用无人机遥感技术对现有的水域资料进行更新与变更。对水域使用情况、边界划分等进行全面测量，通过后续的数据处理工作，产生数字影像的水域地形图。建立省市县不同机构的联控系统，对每一条河流的类型、面积、水量、归属等建立有效的信息分享机制，达到各级共享、自动交换、信息共享的水域动态监测数据库和管理系统。除此之外，还要对河堤的变化、非法占有水域等进行监测，为加强河道水域发展趋势、水域执法等提供有效的影像数据。之外，无人机遥感监测数据和能够用在水利建设、水利规划、航运开发等。endprint

3、水利工程建设与管理的应用。无人机搭载的低空遥感系统所快速、准确、高效收集的数据，在水利工程建设与管理上影响决策与分析评估、大型水利安全监测等，在该领域也能发挥特殊的作用。利用无人机遥感的高清成像、机动灵活等特征，可以为工程生态环境提供宏观的科学數据和决策依据。同时，能够监测水域区域的植被情况、土壤、土质、水域范围等进行监测。利用空间信息技术手段，无人机的高分辨率遥感影像以及高精度GPS系统相结合的方法，还可以进行大型水库和堤防工程的建设施工监测工作。

4、水土保持监测的应用。无人机遥感系统拍摄的高清影像能真实地反映了研究范围内建设期所造成的水土流失状况、强度及分布情况。对崩塌、滑坡、泥石流等进行低空近景摄影测量监测。无人机系统获取的动态视频和静态影像能够帮助了解典型区域水土流失发展趋势、发生特点和现状等。

5、其他方面应用。测区动态视频和静态影像用于项目成果宣传，数字三维模型可绘制等高线、断面图，用于工程土方量、面积计算和洪水淹没区分析等，为洪水风险图编制以及避洪抢险路径分。

四、结语

市场需求的改变和测绘技术的革新是密不可分的，通过具体工程应用表明，低空遥感技术以自身优点弥补了卫星遥感影像分辨率不高、传统航空摄影成本高、人工调查效率低等问题，从多方位、多角度、多样式掌握第一手详细信息，为科学地制定水利规划、防汛调度和应急救灾提供决策支持，使相关的政府部门对各区域水利信息了解更加全面、对突发事件的反应更加迅速、人员之间的协调更加充分、决策更加有依据，尽可能减少台风洪涝灾害和干旱缺水给人民群众带来的损失，为信息化建设和水利事业发展提供技术支撑和保障服务。

参 考 文 献

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