土堤渗水区域无人机热成像试验分析

马梦颖 张炜杰

（1.江苏省江都水利工程管理处 扬州 225200 2.江苏省防汛防旱抢险中心 南京 211500）

目前，巡堤查险以人工为主，耗费人力资源多，易疲劳、耗时长、效率低、夜晚难开展。本文以某堤防工程渗水处为研究对象，采用无人机+红外摄像头，对渗水区域开展连续热成像试验监测，研究渗水汇聚处热成像图斑特点，以及区域不同介质的温度特征，为无人机巡航发现堤防渗漏险情积累经验。

1 工程概况

堤防位于长江水系滁河下游，黏土填筑，堤顶高程11.50m（吴淞零点，下同），顶宽6.0m，泥结碎石路面。堤脚高程8.50m。前坡1∶2，生态连锁砌块护坡，后坡1∶2.5，草皮护坡。设计水位10.50m。渗水区域附近无树木、高压杆线、房屋建筑等障碍物，草皮修剪高度低于0.05m，透光性、可视性强。

2021年11月，管理人员巡查发现1 处堤脚渗水，水质清澈，溢出点高程约8.8m，渗水量约1L/min。初步分析，该段为堤身与混凝土建筑物外墙交接处，因不均匀沉降形成渗水通道。

2 试验设计

2.1 热成像设备

无人机型号：经纬M300RTK，RTK 位置精度：1cm+1ppm（水平）1.5cm+1ppm（垂直），最大可承受风速：15m/s（7 级风），最大飞行时间：55min，IP 防护等级：IP45，工作环境温度：-20℃～50℃。

红外摄像头型号：禅思ZenmuseH20T，防水等级：IP44，工作温度：-20℃～50℃，热成像传感器类型：非制冷氧化钒（VOx）热辐射计，DFOV40.6°，焦距13.5mm，光圈f/1.0。

2.2 试验环境

无人机飞行高度15m，热成像镜头倾角45°，晴天上午、下午2 个时段，选择积水、草地、混凝土等常见介质。

根据堤防现场勘查情况，确定巡航线路。检查无人机及红外摄像头工作正常，现场温度、风速等具备起飞条件后，执行试验方案。

工程现场设置引导员1 人，负责现场安全管理，配合无人机操作手进行试验。

3 试验数据分析

3.1 双光成像

2022年1月8日，晴，试验小组采用无人机系统双光模式，上午10 时和下午3 时，对渗水处进行了巡航拍摄，图1 所示。

3.2 温度采集

根据热成像图，在DJIThermalAnalysisTool 中，选定4 处不同介质的目标测量区域，即可得到对应区域的温度区间、平均温度和温度众数，见表1 所示。

表1 渗水点各材质物体温度与温差表

平均温度表示选定区域内所有像素点的温度平均值，适用于对象数据离散程度不大的时候，可以代表该区域的整体情况。温度众数代表选定区域内所有像素点中出现次数最多的温度值，适用于图像中少数温度出现频次较高的时候，可以代表该区域的特征情况。

表中所得的平均温度均略低于温度众数，两者相差不大。考虑到人为选定的计算区域都是介质内部的较均匀部分，数据离散程度较低，故可选择平均温度作为研究对象。

3.3 数据分析

由图1 可见，试验环境条件下，渗水汇聚区域在红外图中呈现蘑菇云状，边界清晰，目视辨识特征明显，下午较上午更为突出。

图1 渗水处成像图

由表1 可见，试验环境条件下，渗水汇聚处平均温度在8℃左右，与环境温度（7℃～8℃）较为接近；相邻的湿润土地、混凝土、干燥草地，与渗水处温度相差较大，下午尤为明显；渗水区域呈现较为明显的温度场异常现象。

分析原因：渗水汇聚处受光照影响升温明显，各材质物体比热容差异被放大，相邻物体的温度差异大，易辨识。

4 结论

堤防尚未处理的渗水处较为少见。本试验抓住时机，成功开展了无人机系统巡航测温试验。

标准试验条件下，堤防渗水处红外成像图斑目视辨识特征显著，说明无人机搭载红外镜头开展巡航查找渗漏险情具有一定的可行性。

我国堤防分布广泛，建设标准、后期管理差别很大，堤身常见高杆树木、杂草、杂物，透光性差，加之受降雨、风力风向、建筑物、构筑物等影响，无人机搭载红外镜头巡航查找渗漏险情还需不断探索研究■