轻型无人机在水利项目检查中的应用探析

王延洪，关 艳，许 丽

（1.水利部建设管理与质量安全中心，北京 100032；2.北京政泰隆工程管理有限公司，北京 100036）

我国每年的水利在建、运行项目众多，治理、检查任务较重。部分项目位置偏僻、距离长、范围广，部分项目地处高山、林地、荆棘丛生等诸多因素长期制约着检查工作的高效开展。而在水利项目的检查中，利用轻型无人机高空、远距离、广视角、快速地拍摄高清晰照片或录制视频材料，能方便地为检查工作提供判定依据。目前，在河湖四乱整治、河湖水质污染治理、水利工程运行检查及防汛抢险等水利项目的检查工作中，轻型无人机发挥了重要作用。

1 轻型无人机的构成及特性

轻型无人机，是指同时满足空机重量不超过4 kg，最大起飞重量不超过7 kg，最大飞行速度不超过100 km/h，具备符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被监视能力的遥控驾驶航空器，但不包括微型无人机，本文以水利项目检查中使用的国产某款无人机为例。

国产某款无人机整机重量约1.4 kg，理论上最大水平飞行速度72 km/h，单电池最大飞行时间约30 min，无干扰、无遮挡情况下最大信号有效距离可达7 000 m，属于民用、多旋翼、有条件开放类的轻型无人机。主机由动力系统、机身系统、机载系统、图传系统等构成。其中，动力系统包括螺旋桨、电机和智能电池，机身系统包括机架和起落架，机载系统包括云台和相机，图传系统包括遥控器和显示端。

此款轻型无人机可用遥控器远程控制，具备自动返航、视觉定位、障碍物感知、识别和追踪拍摄对象等功能。配备24 mm低畸变广角相机、高精度防抖云台及1英寸CMOS图像传感器，可录制最高规格为60帧/s的超高清4K视频，拍摄2 000万像素的JPG格式或无损Raw格式照片，基本能够满足目前水利项目检查工作的需要。

2 轻型无人机在水利项目检查中的应用

2.1 河湖四乱整治情况核查

2018年之前，伴随着社会经济的高速发展，房地产、工业、农业生产及人民生产生活的需要，砂石骨料开采造成河道被开挖的千疮百孔，河湖岸边滩地上建筑垃圾、生活垃圾随处可见，河湖滩地上建设房屋、种植高大树木，在湖泊周边围湖造田、围鱼塘、建设厂房等，河湖四乱问题突出，清理整治刻不容缓。水利部2018年7月部署开展全国河湖“清四乱”专项行动，并要求2019年7月全面完成专项行动任务。

河湖四乱清理整治的监督检查，一方面通过卫星遥感比对，另一方面现场抽查复核。在现场抽查复核过程中，艰难险峻、环境复杂、徒步难以到达的地方就利用轻型无人机进行现场复核。例如：某公司围湖占地周边全是厂房、围墙和水面，道路不通，行人难以到达现场，即使达到现场，手持相机拍照高度和广度不足，无法全面形象地反映占地情况。而通过轻型无人机远距离遥控起飞，高空拍摄高清照片，与历史卫星地图比对，快速准确地认定了非法占地的事实，充分发挥了轻型无人机速度快、广角拍摄、照片清晰的优势。

2.2 河湖水质污染治理检查

河湖水质污染主要来自三方面：一是生活、建筑、工业垃圾倾倒在河湖岸边、滩地上，污染物随着雨洪水等流入河湖；二是生活污水未经处理或处理不合格直接流入河湖；三是工业废水未经处理或处理不合格直接排入或偷偷排入河湖，导致河湖水质污染。

河湖岸线长、滩地广、地形复杂，人工检查效率低，而且部分区域荆棘、树木、杂草丛生难以靠近，部分排污口又设置在河湖水面以下或较隐蔽位置，利用轻型无人机可以在空中快速地巡查某一区域，并对图传显示端发现的疑似问题进行定位，远程遥控降低无人机高度，对问题进行准确地辨识。

2.3 水利工程运行管理的检查

水利工程运行管理的检查，如小型水库、南水北调工程等。小型水库现场检查时，利用轻型无人机可以快速巡查溢洪道是否通畅、是否有障碍物，通过显示端近距离查看坝体上下游是否存在裂缝、渗漏，检查库区是否存在违规养鱼，库区周边是否有塌方等。南水北调中线干线工程建有近千座渠道倒虹吸、跨渠渡槽和上千座跨渠桥梁，利用轻型无人机巡查渠道周边是否有渗漏点，渠道边坡、平台是否有滑坡、塌陷，在空中近距离查看渡槽、桥梁是否存在裂缝、渗漏等，从而弥补了地面巡查工作存在的不足。

2.4 防汛抢险检查

在遭受洪涝灾害的区域，利用轻型无人机查看受灾情况，迅速查明决堤、溃口位置，配合进行受困人员搜救等，为抗洪抢险工作提供技术支撑，有助于精准施策、提高效率、抢占先机。

3 应用中存在的不足

通过近几年轻型无人机在水利项目检查中的使用，发现轻型无人机除了具有体积小、携带方便、操作灵活、低成本、可靠性高、速度快、检查范围广等优点外，还存在一些不足。

3.1 受气候影响大

轻型无人机在微风晴朗的天气能够发挥其最优性能，如遇见大风、雷雨和雾霾天气，无人机可能无法正常使用。

1）大风天气：一般轻型无人机可承受的最大风速约为10 m/s（五级风），当风速超过10 m/s时，无人机将难以控制。

2）雷雨天气：轻型无人机在小雨天气基本能够正常起飞操控，但相机镜头会因沾满雨水或雾气而影响拍摄效果，雷雨、中雨及以上天气无人机不但无法正常拍摄，且存在一定的安全隐患，因此严禁起飞。

3）雾霾天气：轻型无人机虽然可以正常起飞操控，但是因外界可见度低，相机拍摄效果受影响较大，使用条件受限。

3.2 飞行距离受限

虽然在理论状态下轻型无人机水平飞行距离可达7 000 m，但实际操作中，因受电池电量、周围建筑物、高压线、变压器、高大树木及山峰等因素的影响，无人机的可飞行时间一般不超过25 min，飞行水平距离一般不超过3 000 m。

3.3 限飞区域

轻型无人机属于低空飞行器，根据相关规定，限飞区域识别区是无法飞行或禁止飞行的，如机场、监狱、核工厂区域等。因此，使用无人机前要根据GEO系统（无人机飞行安全系统）了解和识别限飞区域情况，避免无人机失控和触犯法律。

4 结语

轻型无人机在水利项目的检查中有助于提高工作效率，弥补地面巡查工作存在的不足。伴随着科学技术的不断发展，电池技术的突破可提高无人机的续航能力，可搭载的传感器数量和种类的增多，可扩大无人机的应用范围，轻型无人机必将给水利项目的检查工作提供更加完善的技术支撑，拥有更加广阔的发展空间和应用前景。