論低空無人機遙感技術在水利相關領域中的應用前景

【摘要】 無人機遙感技術指的是綜合利用無人駕駛飛行器、GPS定位、遙感傳感器、通訊等先進技術，從而實現(xiàn)空間遙感信息的專用化、智能化獲得，并完成遙感數據處理與建模分析的一項應用技術。本文首先分析低空無人機遙感技術的特點，其次就此項技術在水利相關領域中的應用展開深入探討，并對水利相關領域中，低空無人機遙感技術具有的應用前景作出展望。

【關鍵詞】 低空無人機遙感技術 水利領域 應用

無人機是一種通過機載計算機程序或無線遙控設備進行操控的無人飛行器。作為一種微型空中遙感技術，無人機遙感技術將無人機作為空中平臺，利用遙感傳感器實現(xiàn)空間信息的采集，并利用計算機處理圖像信息，再按照要求的精度完成圖像的制作[1]。無人機系統(tǒng)具有成本低、結構簡單、可完成有人駕駛飛機難以完成的危險任務等優(yōu)點，已逐步投入實際應用中，必將成為未來航空遙感的主要技術。低空無人機遙感技術具備的顯著優(yōu)勢，有效完善了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術存在的不足之處，極大程度上促進了水利相關領域的技術發(fā)展。

一、低空無人機遙感技術的發(fā)展與應用

早期的無人機主要應用在軍事上，起靶機的作用，后來逐漸應用于偵查作戰(zhàn)、民用等范圍。隨著計算機通訊技術的發(fā)展，以及高精度、輕重量、數字化的先進傳感器的研發(fā)與應用，無人機的綜合性能也得到逐步提升，其應用領域也得到了充分拓展，為遙感監(jiān)測工作的開展提供可靠的支持與條件。

1.1低空無人機遙感技術的應用特點

作為空中遙感平臺中一項微型的遙感技術，無人機具備以下幾個方面的特點：

（1）低空無人機遙感技術將無人機作為空中平臺，利用專用的照相機及無線視頻傳輸技術采集相關信息，并利用計算機處理圖像信息，再按照要求的精度完成圖像的制作。

（2）在應用無人機的前提下，可根據需要的不同選擇不同類型的遙感平臺，為轉場及起降等操作提供了便利。

（3）無人機采用改裝后的CCD數字照相機進行遙感航拍，拍攝的影像為數字格式，還可利用無線視頻傳輸技術或小型的數字攝像機攝制彩色，從而獲取可靠的遙感信息。

（4）無人機飛行高度偏低，可獲得分辨率較高的遙感影像，使得在小空間尺度上便可將地表的變化詳細觀察出來，并完成大比例尺的遙感制圖。此外，高分辨率的航片影像還可有效解決衛(wèi)星拍攝存在盲區(qū)、云量大而難以獲得遙感數據等難題。

1.2低空無人機遙感技術的應用實踐分析

目前，低空無人機遙感技術已在評估災害、檢測環(huán)境等方面得到了具體的應用實踐。

（1）臺灣大學空間信息研究中心的相關人員采用無人機，將低空大比例尺的圖像拍攝下來，并開展異常提取操作，將桃源縣的固體垃圾等進行解譯，從而為執(zhí)法調查環(huán)境污染情況提供了依據。

（2）日本減災研究組織利用無人機攜帶雷達掃描儀及數碼攝像機，并對正處于噴發(fā)狀態(tài)的火山進行調查。無人機可以到達人們難以進入或非常危險的地區(qū)，將現(xiàn)場的實際狀況進行快速獲取，從而對當地的災情進行評估[2]。

（3）我國成立的首個Quick eye空間信息應急服務中心，為我國無人機在應急遙感應用方面的嘗試與典范。在兩年不到的時間內，此服務中心已完成近10萬km2的作業(yè)量，在1：1000成圖、測繪及應急等領域得到了非常廣泛的應用。

二、低空無人機遙感技術在水利相關領域中的應用分析

低空無人機遙感技術的具有非常高的分辨率與機動性，非常適用于水利相關領域，且在抗旱防汛、監(jiān)測水域、監(jiān)測水土保持以及水利工程建設管理等方面發(fā)揮著顯著作用。

2.1在抗旱防汛中的應用

低空無人機遙感技術為一項重要的獲取空間數據的方法，具有持續(xù)航行時間長、機動靈活、成本低、可在高危地區(qū)進行探測等多項優(yōu)點。在日常的防汛檢查工作中，無人機可不受交通限制，能在最短時間內趕往險區(qū)的上空，對蓄滯洪區(qū)的水庫、地形地貌及堤防險段等進行立體查看，根據機載裝置數據將影像信息實時傳遞，在向防洪對策提供可靠、準確信息的基礎上，盡最大可能規(guī)避風險的發(fā)生。通過應用無人機抗旱防汛系統(tǒng)，政府相關部門可全面了解突發(fā)事件狀況，并作出迅速反應，在降低工作難度的同時，充分保障參與抗旱防汛人員的生命安全。在抗旱防汛領域，低空無人機遙感技術能夠確保政府部門在洪澇旱災來臨時，可及時、準確獲取相應的災情及應急信息，從而為領導的抗災決策提供決定性的輔助信息。例如在2010年的舟曲泥石流災害中，無人機小組立即作出響應，并及時采集受災地區(qū)的遙感影像信息，為災情的評估及有效治理提供了寶貴的數據支持[3]。

2.2在動態(tài)監(jiān)測水域中的應用

人們的日常生活及工業(yè)生產均離不開水的支持。然而隨著我國人口的急劇增長及工業(yè)的快速發(fā)展，合理開發(fā)利用水資源已成為迫切需要解決的問題，而水源開發(fā)的基礎便是準確計算出河流分布及流域面積。然而由于之前技術水平有效，許多河流分布及流域面積等資料已難以將當前的狀況準確反映出來。

動態(tài)監(jiān)測水域的目的便是將地區(qū)內的水域變化情況調查清楚，通過完善水域調查、統(tǒng)計及占補平衡制度，從而使得水域資源信息為社會提供服務，進一步滿足水域資源管理及社會發(fā)展的需求。在調查水資源中采用低空無人機遙感技術，可大大減少人力、財力的投入。同時，根據已有的水域監(jiān)測可實現(xiàn)調查結果的更新，全面變更調查水域的權屬界線及使用情況，采用計算機自動識別與目視解譯的方法采集數據，編輯圖形，準確獲取水域的動態(tài)監(jiān)測類型、權限及分布等信息，進而建立信息共享的水域動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)等。此外，還可在航道開發(fā)及水利規(guī)劃等方面利用無人機水域監(jiān)測數據。

2.3在監(jiān)測水土保持中的應用

目前，我國最主要的環(huán)境問題即為水土流失。在水土保持研究中，定量調查土壤侵蝕為其重要內容。無人機遙感由于具有動態(tài)、快速、經濟等優(yōu)點，已成為調查土壤侵蝕信息的重要方法。土壤侵蝕受到自然及人為多種因素的影響，過程十分復雜。其中，土壤侵蝕類型不同，影響因素也便不同，例如水蝕，可參考土壤侵蝕通用方程的各因子指標，同時考慮結合使用常規(guī)方法與遙感技術能否順利獲取，以及在GIS中是否便于存取、計算等。通常情況下選擇地形、降水、植被覆蓋程度、溝谷密度及侵蝕防治措施等項目，作為估算土壤侵蝕量的因子。此外，對比分析不同時期的土壤侵蝕強度，對水資源保護工程的治療效果進行評估，從而為以后的水土保持工作提供合理指導。

無人機可對研究地區(qū)進行低空、低速拍攝，且拍攝的照片能將范圍內水土流失的強度、實際狀況真實反映出來，為土壤侵蝕的類型、程度，以及植被、地形、管理措施等侵蝕因子的屬性提供了充足的數據源。利用低空無人機遙感技術采集的遙感影像信息可為區(qū)域內水土流失的發(fā)生特點及發(fā)展趨勢提供有效幫助，為政府部門的水土保持工作提供便利的同時，促進水土流失治理工作的全面開展。

2.4在水利工程建設管理中的應用

水利工程建設管理工作涉及到水利工程安全監(jiān)測及建設環(huán)境的影響分析等方面，而低空無人機遙感技術由于具備實施快、拍攝的影像分辨率高等優(yōu)點，因而在水利工程領域可發(fā)揮出關鍵作用。水利工程的環(huán)境影響遙感監(jiān)測工作內容包括因工程建設引起的生態(tài)變化、土地鹽漬化、淹沒范圍等。利用無人機遙感機動靈活等特點，可向生態(tài)環(huán)境工程提供科學的數據及可靠的決策依據。此外，結合使用空間信息技術、無人機遙感影像及GPS系統(tǒng)，可順利開展提防工程及大型水庫工程的建設施工及管理工作[4]。

三、前景展望

近年來，隨著社會經濟的飛速發(fā)展以及全球氣候的變化，水資源的供需矛盾也日益明顯，這使得水利工程發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)的同時，也為其帶來了發(fā)展機遇。水利建設朝著信息化的方向發(fā)展推進，為水利的勘測、設計、建設、管理等各項工作提供了有力的支撐。而無人機由于起降方式機動靈活，且具有低空、自主的飛行方式，以及多數據快速響應的能力等優(yōu)勢，在水利檢測、水域規(guī)劃及水利建設管理等領域具有良好的應用前景。無人機可攜帶分辨力高的數碼相機及攝像機等影像采集設備，進行實時水文數據的采集與回傳，充分體現(xiàn)出應急性強、實效性高等優(yōu)勢，而這些優(yōu)勢正是現(xiàn)代化水利工程建設與管理工作的發(fā)展趨勢。因此，對低空無人機遙感技術的特點及應用效果進行綜合考慮，我們可以得知此項技術在我國水利相關領域中具有極為廣闊的應用前景。

參 考 文 獻

[1]金偉，葛宏立，杜華強，等.無人機遙感發(fā)展與應用概況[J].遙感信息，2012，12（01）：88-92.

[2]王青山.簡述無人機在遙感技術中的應用[J].測繪與空間地理信息，2010，15（03）：168.

[3]王新，陳武，汪榮勝，等.淺論低空無人機遙感技術在水利相關領域中的應用前景[J].浙江水利科技：2010，11（06）：27-29.

[4]雷添杰，宮阿都，李長春.無人機遙感系統(tǒng)在低溫雨雪冰凍災害監(jiān)測中的應用[J].安徽農業(yè)科學，2011，16（04）：269-271.