浅述无人机在水文测验和信息化管理中的应用

唐敏俐

摘 要 随着科学技术的发展，我国的无人机技术有了很大进展，并在水文测验和信息化管理中得到了广泛的应用。为了进一步提升河流水文应急监测的效率与方法，对无人机监测系统在河流水文应急监测中的应用进行了分析。介绍了无人机在水质监测、地形测量、灾情查勘和信息化管理中的应用实例，论述了无人机在水文测验上的快速与高效优势，提出了将无人机应用和推广纳入水文现代化建设技术装备中，将提高水文测验、灾情信息采集的准确性及时效性。

关键词 无人机;水文;测流地形测量;灾情查勘;信息化管理

引言

目前，水生态环境系统的监测体系主要以定时定点的地面监测系统为主，卫星遥感技术为辅。卫星遥感技术以其宏观、动态和经济的优势弥补传统地面监测采样方法数据离散化、耗时长和费用高的缺陷，被广泛应用于水质动态监测、水文地形测量中，且取得较好的效果。然而，卫星遥感的传感器一般为多光谱成像光谱仪，光谱通道数少，影像周期长，易受大气云层影响，导致其不能及时、准确地监测水质参数浓度，了解水体污染情况;也无法监测到山区危险河段水文地形的变化。因此，无人机技术逐渐广泛应用于水文测验中。

1无人机遥感水质监测对象

水质监测的范围可谓十分广泛，如常见反映水质状况的综合指标：Chl-a浓度、CDOM、TSS浓度、TN、TP以及DO等。这些水质指标含量的高低会导致水体反射的光谱特征发生明显的变化;而反应快速、作业高效的无人机遥感平台应用于水质监测可以反映出水质在空间和时间上更全面的分布情况和变化情况，这是无人机遥感用来定量监测水质的基础。利用无人机空中悬停的特点，可实时监控和掌握水体水质的动态信息，能够快速地为水利设施进行实时监控，解决调查缓慢和人工作业不便的缺陷[1]。

2无人机在水文地形测量中的应用

2.1 获取地形图方法

获取地形图方法有传统人工测量手绘成图、飞机航拍、卫星遥感、无人机航拍。这几种获取地图方法，各有特点。①人工测图。适合局部测量成图和控制点测量，由于外业工作强度大，测量速度慢。②飞机航片。适合大面积成图，成图速度快。但申请手续复杂，受限制的条件太多，成本高。③卫星影片。谷歌地图就是卫星影像图，也称卫片、遥感照片、卫星影片，是小比例遥感照片，常见1∶2000到1∶100万，小比例图用于资源调查、普查等。但局部细节不清楚，时效性差，价钱贵。④无人机航拍。无人机航拍应用非常广泛，无人机拍摄照片分辨率可达到0.1m以下，用于1∶1000成图或更大，这种高分辨率照片是目前卫星照片无法做到。无人机适合小范围局部航拍，是卫片的补充，对时效性、清晰度、价钱等要求高的用户，无人机是最明智的选择。

2.2 航拍测地形图

由于无人机监测系统是基于微波雷达来进行河流水文监测的，这就使得无人机飞行要具有较高的稳定性，否则必然会导致河流速度等指标会受到无人机自身飞行速度的影响，从而产生較大的误差。一般来说在河流水文监测当中无人机飞行控制应注意以下几个阶段的控制：①加速＼减速控制。加速与减速应尽量平稳，尽量将加速度控制在较小的范围之内;②爬升＼下降控制。爬升与下降也应尽量平稳，既要注意通视条件，也要注意速度控制;③悬停控制。悬停阶段是无人机测速的重要阶段，这一阶段的稳定性控制至关重要，一般情况下应注意观察风向条件，必要时采用回转或盘旋方式来改变航向。

无人机航拍在成果片上叠加网格数据等形成地形图。整个拍摄过程耗时仅半天，航片合成耗时半天，数据处理成图数天内完成。无人机航片清晰、快捷、灵活、价钱低、是卫星影片无法比拟。无人机拍摄的航片，经过数据处理成图后，精度可满足1∶1000测图要求，符合测图有关技术标准，对山区高差大河段地形测量有重大意义。

2.3 加强地面控制与指挥

无人机监测系统在河流水文应急监测中的应用有效提升了监测的自动化与智能化程度，但依然需要依赖于人的全面控制。因此，在具体监测过程中还必须要加强地面控制与指挥，进一步提升监测效率与精准性。具体而言地面工作人员必须要对监测的全过程进行有效动态控制，完成对无人机、任务载荷以及数据链的监视，此外还应同步完成相关操作控制[2]。

3无人机在水文测流上的发展及展望

无人机测流包括无人机载体和测流系统，无人机载体包括无人机飞行平台、无人机飞控系统、无人机无线通信系统、无人机增稳摄像系统和无人机地面控制台，测流系统包括多普勒测流雷达、水位计、数据中转电台和地面电台，无人机飞控系统有线连接于数据中转电台，数据中转电台无线连接于地面电台。无人机测流目前主要是为满足非常规洪水情况下，能够快速有效地对河面水流流速，河面水流流量，河面水位涨幅高度，进行精准探测，达到快速响应，灵活便携，高效产出测流数据的效果，做到提前预警排查水灾害险情，降低人工测量风险，提高测量效率。

目前，通过无人机测河道整个断面流量还未实现，一方面由于多普勒测流雷达本身所测得的流速为表面流速，在测流方面精度不高，无法代替河道断面流量，还需通过不断率定发展。其次，无人机通过加载测流系统需考虑无人机自身飞行不确定风速、移动抖动、传播介质等影响，对实际工作中所需流量数据精度有很大影响。

未来可通过对测流系统的不断完善，对在线测流设备测流精度的不断提升，对无人机飞行组件稳定性的不断优化，无人机测流将成为现实水文测验中应急测量的重要手段[3]。

4结束语

综上所述，无人机监测系统在河流水文应急监测中的应用是一种新型河流水文监测方法，解决了传统应急监测受地形条件、水文地质条件限制大的问题，加强无人机监测系统在河流水文应急监测中的应用也是大势所趋。无人机技术是近几年发展的新技术，在水文应用前景广阔。事实证明，当发生超标汛情后，用无人机测流、测水位，可有效解决无法测流的问题，提高工作效率。

参考文献

[1] 郭望成.基于环境1号卫星的蓝藻水华提取方法研究[D].南京：南京师范大学，2011.

[2] 谭钧元.一种基于无人机载体水面测流系统[P].中国：CN110186437A， 2019-08-30.

[3] 陈守荣，香天元，赵昕.长江水文测验方式方法技术创新实践与探讨[J].中国水利，2010（5）：45-47.