分析無人機(jī)技術(shù)的水利工程應(yīng)用

分析無人機(jī)技術(shù)的水利工程應(yīng)用我國干旱和洪澇災(zāi)害多發(fā)，近幾年國家增大了水利建設(shè)投入力度，規(guī)劃建設(shè)多項(xiàng)中小型抗旱項(xiàng)目， 新建鄉(xiāng)鎮(zhèn)連通工程、抗旱水源應(yīng)急工程，以及其他配套工程。這些工程都離不開最基本的項(xiàng)目測(cè)量工作，尤其是征地移民測(cè)量、水庫淹沒范圍測(cè)量、壩址控制測(cè)量等，與老百姓的切身利益密不可分 ;因此亟須提高測(cè)量的速度和精度，并盡可能地縮減成本。近年來，無人機(jī)在水利監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)相對(duì)成熟起來，主要用于洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)、水利工程監(jiān)測(cè)、水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、干旱缺水監(jiān)測(cè)、內(nèi)陸湖泊及水庫監(jiān)測(cè)、農(nóng)田灌溉監(jiān)測(cè)和河床河道監(jiān)測(cè)等。關(guān)于無人機(jī)1.1無人機(jī)簡(jiǎn)介無人機(jī)技術(shù)是一種無人駕駛的飛行器飛行平臺(tái)技術(shù)，由機(jī)載計(jì)算機(jī)或者無線電遙控控制，搭載了小型的高分辨率數(shù)碼相機(jī)，利用衛(wèi)星慣性導(dǎo)航和無線電通信技術(shù)完成低空飛行，快速獲取地面影像數(shù)據(jù)。無人機(jī)航空攝影系統(tǒng)包括軟硬件兩個(gè)部分:硬件部分主要是機(jī)載和地面監(jiān)控系統(tǒng);軟件部分主要有飛行控制、航線設(shè)計(jì)、航攝檢查、數(shù)據(jù)預(yù)處理等系統(tǒng)。無人機(jī)是一種不載人的飛行器，它主要受內(nèi)置程序的控制，可以自己完成預(yù)設(shè)的飛行任務(wù)。早在第二次世界大戰(zhàn)前就出現(xiàn)了無人機(jī)的雛形，即軍事訓(xùn)練的靶機(jī)。到了20世紀(jì)90年代，無人機(jī)隨通信和信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步而有所發(fā)展，尤其是自動(dòng)駕駛儀的問世，大大推動(dòng)了無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展。到今天，無人機(jī)在航拍領(lǐng)域已經(jīng)近乎形成一門綜合性的技術(shù)。無人機(jī)已經(jīng)成為一個(gè)搭載遙感設(shè)備獲取信息的平臺(tái)，例如通過搭載激光傳感器、微型單反、高分辨率航空相機(jī)等來獲取信息，然后用計(jì)算機(jī)處理獲得的影像信息， 并可以按要求做成相應(yīng)的多維效果圖，這是航空攝影測(cè)量、遙控遙測(cè)、視頻影像傳輸以及三維電子影像處理技術(shù)相結(jié)合的新型應(yīng)用技術(shù)。1.2無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)無人機(jī)的低空飛行可以獲取較高分辨率的影像，這項(xiàng)技術(shù)解決了大飛機(jī)航拍和衛(wèi)星由于云層遮擋導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)域遺漏的問題，彌補(bǔ)了遙感航拍機(jī)動(dòng)性不足以及耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的航空遙感技術(shù)受到傳感器、目標(biāo)空域以及航空平臺(tái)等很多因素的影響，在采集小面積遙感影像成果方面有著時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本較高的缺陷。小型無人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于成本低、無人駕駛、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等，可以在小范圍內(nèi)低空快速獲取高清遙感成果，有助于補(bǔ)充傳統(tǒng)的大范圍航空遙感的細(xì)節(jié)。總的來講，無人機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下方面:貼近目標(biāo)區(qū)域，遙感影像分辨率較高;超低空工作，不受云層影響，云下飛行;成果多樣化，不局限于大飛機(jī)和衛(wèi)星的正射影像等常規(guī)產(chǎn)品，可多航次多角度全面采集地貌地形數(shù)據(jù)，還可以支持構(gòu)建三維景觀模型、數(shù)字地表模型等 ;對(duì)起降場(chǎng)地要求小，起降方便靈活，準(zhǔn)備程序簡(jiǎn)單，不受地形限制;對(duì)人員無傷害，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)危險(xiǎn)或交通不便區(qū)域的監(jiān)測(cè)和探測(cè)，旋翼無人機(jī)可對(duì)特定地物進(jìn)行懸停航測(cè)，或?qū)潭▍^(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)航測(cè);工作效率和應(yīng)急能力較強(qiáng)，并且耗時(shí)短;生產(chǎn)成本較低，保養(yǎng)較簡(jiǎn)單，維護(hù)費(fèi)用低，培養(yǎng)操作員相對(duì)簡(jiǎn)單。1.3無人機(jī)的應(yīng)用洪澇災(zāi)害。2012年6月，臺(tái)灣行政部門派遣無人機(jī)前往洪災(zāi)地區(qū)監(jiān)測(cè)災(zāi)情，并把獲得的資料實(shí)時(shí)傳往救援隊(duì)總部，以便對(duì)災(zāi)情惡化區(qū)域采取應(yīng)急措施。水污染。2007年5月無錫太湖藍(lán)藻暴發(fā)，污染了自來水水源，對(duì)人民飲用水安全構(gòu)成威脅。國家氣象總局使用無人機(jī)對(duì)太湖敏感地帶進(jìn)行連續(xù)空中拍照，掌握了藍(lán)藻蔓延情況，為下一步整治取得了重要參考資料。2010年8月，吉林環(huán)保廳采用自動(dòng)站和手工監(jiān)測(cè)相結(jié)合的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)方案，利用無人機(jī)遙感資料進(jìn)行決策，保障了河道安全和清污治理。冰凌應(yīng)急。無人機(jī)可以及時(shí)、精準(zhǔn)把握黃河內(nèi)蒙古段凌情、冰壩方位和轟炸成效，為解除黃河凌汛危險(xiǎn)帶來技術(shù)支撐。2011年3月，無人機(jī)在三湖河口至昭君墳河段飛行時(shí)，采集了大量高新影像。堰塞湖等應(yīng)急。堰塞湖多發(fā)生在交通不便地區(qū)，給監(jiān)測(cè)帶來困難。無人機(jī)具有使用成本低、機(jī)動(dòng)快速、維護(hù)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可及時(shí)監(jiān)測(cè)堰塞湖的分布及變化等情況，為救援和消除隱患提供第一手信息和科學(xué)決策依據(jù)。如2008年5月，汶川震后堰塞湖便使用了無人機(jī)進(jìn)行拍攝。江湖及河道。無人機(jī)搭載遙感數(shù)據(jù)采集處理等軟硬件，通過地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、遙感等技術(shù)的集成應(yīng)用，可迅速獲取河流河道、湖泊水庫的相關(guān)信息，為環(huán)保及水利部門帶來快捷多角度的監(jiān)控信息。無人機(jī)在水利工程中的應(yīng)用實(shí)例2.1作業(yè)流程首先確定測(cè)區(qū)范圍，然后制定航拍任務(wù)。確定天氣狀況:觀察云層厚度、光照和空氣能見度，到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速。選擇場(chǎng)地架設(shè)電臺(tái):起飛點(diǎn)事先進(jìn)行考察，做到現(xiàn)場(chǎng)平坦，無電線、高層建筑等，提前確定航拍架次及順序，姿態(tài)角度調(diào)整。磁偏角校準(zhǔn):無人機(jī)配備磁校準(zhǔn)、電子羅盤等設(shè)備確保飛機(jī)在飛行過程中的自我姿態(tài)控制。放置彈射架:安裝時(shí)要檢查各部件連接是否緊密，彈射架供電接線連接是否正確，電力是否充足。手動(dòng)遙控測(cè)試:將飛行模式調(diào)至手動(dòng)遙控飛行狀態(tài)，測(cè)試機(jī)頭、機(jī)身、尾翼是否能按指令操作。起飛前要檢查航拍相機(jī)與飛控系統(tǒng)是否連接，降落傘包是否處于待命狀態(tài)，是否與風(fēng)向平行，有無人員車輛走動(dòng)等。各項(xiàng)準(zhǔn)備工作完畢后便可起飛。操作手應(yīng)持手動(dòng)操作桿待命，觀察現(xiàn)場(chǎng)狀況，根據(jù)需要手動(dòng)調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)及高度。飛行監(jiān)測(cè)過程主要做3方面工作:1)對(duì)航高、航速、飛行軌跡的監(jiān)測(cè);2)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和空速、地速的監(jiān)控;3)隨時(shí)檢查照片拍攝數(shù)量。無人機(jī)降落:無人機(jī)按設(shè)定路線飛行航拍完畢后，降落在指定地點(diǎn)。手動(dòng)遙控操作手到指定地點(diǎn)待命，在降落現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)大風(fēng)、人員走動(dòng)等情況時(shí)及時(shí)調(diào)整降落地點(diǎn)。數(shù)據(jù)導(dǎo)出檢查:降落后，對(duì)照片數(shù)據(jù)及飛機(jī)整體進(jìn)行檢查評(píng)估，結(jié)合貼線率和姿態(tài)角判斷是否復(fù)飛，繼續(xù)完成附近區(qū)域的航拍任務(wù)或轉(zhuǎn)場(chǎng)。2.2技術(shù)特點(diǎn)Pix4d采用計(jì)算機(jī)視覺匹配算法，自動(dòng)計(jì)算原始影像外方位元素，自動(dòng)校準(zhǔn)影像生成相機(jī)檢校文件。 全自動(dòng)一鍵操作，僅需少量人機(jī)交互處理;原生64位軟件現(xiàn)場(chǎng)快拼，自動(dòng)生成精度報(bào)告，快速評(píng)估外業(yè)質(zhì)量。同一工程中可處理來自不同相機(jī)的數(shù)據(jù)， 多航次數(shù)據(jù)無縫合并。自動(dòng)點(diǎn)云分類和 DTM抽取，進(jìn)行點(diǎn)云濾波和平滑，大幅提高 DSM數(shù)據(jù)精度。成果包含 DOM、DSM、DEM，并支持標(biāo)準(zhǔn)格式 TIFF輸出，無縫兼容行業(yè)軟件。Pips一站式內(nèi)業(yè)解決方案具有多模塊，高集成，全流程內(nèi)業(yè)處理，多源數(shù)據(jù)生產(chǎn)，多源數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，超高精度，大比例尺測(cè)圖，云計(jì)劃管理計(jì)劃，精度高 (1∶500)的特點(diǎn)，還有其獨(dú)創(chuàng)功能，如多立體，無縫測(cè)圖，扣房檐等。2.3成果運(yùn)用P700E對(duì)某市水利項(xiàng)目做應(yīng)用實(shí)例， P700E有高精度、超長(zhǎng)航時(shí)、大比例尺、雙冗余工業(yè)級(jí)飛控系統(tǒng)、生成質(zhì)量報(bào)告、模塊化載荷布局、支持多種文件格式輸出、軍工級(jí)地面站控制系統(tǒng)、勘測(cè)級(jí)光電載荷等一系列優(yōu)勢(shì)。針對(duì)該地的基本信息可以從生成的質(zhì)量報(bào)告總結(jié)中得出。無人機(jī)針對(duì)相應(yīng)的問題可以做二次開發(fā)， 以滿足不同需求。無人機(jī)測(cè)繪可以為站址的選擇提供詳細(xì)的基礎(chǔ)資料和清晰的影像資料，可提高規(guī)劃效率，某種程度起到保護(hù)國家財(cái)產(chǎn)的作用，在水利維護(hù)和巡查方面也有其優(yōu)勢(shì)所在。小結(jié)本研究展示了無人機(jī)技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。 水利工程的建設(shè)是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、