水利水電工程應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)測(cè)量的分析

葉輔成

摘 要：在信息化時(shí)代數(shù)據(jù)爆炸的今天，對(duì)信息實(shí)時(shí)性的掌握成為諸多行業(yè)優(yōu)化發(fā)展的重要基礎(chǔ)。水利水電工程對(duì)地形、成本、精度的要求越來越高，傳統(tǒng)的工程測(cè)量技術(shù)應(yīng)付高精度、實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)信息采集工作具有一定的棘手性，無人機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活、高分辨率、低成本、高時(shí)效等特點(diǎn)，在遙感測(cè)量方面具有無可比擬的優(yōu)越性。本文分析了無人機(jī)技術(shù)的原理、特點(diǎn)，探討其在水利水電工程測(cè)量方面的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：水利水電 無人機(jī) 技術(shù)測(cè)量

無人機(jī)是通過地面遠(yuǎn)距離無線遙控和機(jī)載計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器，具有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、飛行靈活、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)也在多個(gè)行業(yè)得到了運(yùn)用發(fā)展，如快遞運(yùn)輸、遙感測(cè)量等，其較為全面的成像技術(shù)、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)測(cè)量，相關(guān)應(yīng)用也得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。探討無人機(jī)技術(shù)在水利水電技術(shù)測(cè)量中的應(yīng)用，有助于克服相對(duì)復(fù)雜的地形地貌，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面覆蓋，提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1.無人機(jī)技術(shù)概述

無人機(jī)，簡(jiǎn)言之就是無人駕駛的飛機(jī)，英文縮寫“UAV”，是利用無線電遙控設(shè)備和系統(tǒng)程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。無人機(jī)實(shí)際上是無人駕駛飛行器的統(tǒng)稱，從技術(shù)角度定義觸發(fā)可以分為：無人直升機(jī)、無人固定翼機(jī)、無人多旋翼飛行器等多種機(jī)型。

1 . 1無人機(jī)的工作原理

無人機(jī)機(jī)體通常偏小，由機(jī)體、飛機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)五大主體部分構(gòu)成，飛機(jī)控制系統(tǒng)是無人機(jī)飛行控制的關(guān)鍵，是飛機(jī)的“心臟”；數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要功能是準(zhǔn)確傳輸遙控的指令，保障數(shù)據(jù)信息在控制人員與無人機(jī)之間進(jìn)行高效、有序的實(shí)時(shí)傳輸；發(fā)射回收系統(tǒng)是確保無人機(jī)可以順利飛抵標(biāo)準(zhǔn)高度及安全返回，實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用的系統(tǒng)保障。無人機(jī)不同的機(jī)型，其功能也有所差別，無人直升機(jī)、無人固定翼飛機(jī)、無人多旋翼飛行器特點(diǎn)如下表所示。

1 . 2無人機(jī)特點(diǎn)

無人機(jī)是近年來在民用領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注的適用性較強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，是飛行、遙控、遙測(cè)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的完美融合，較之于傳統(tǒng)的測(cè)量手段，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.2.1數(shù)據(jù)信息精度高

無人機(jī)在軍用領(lǐng)域具有較多的經(jīng)驗(yàn)，民用領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間短且多是低空飛行，高度一般在50～1000m左右，對(duì)于地形地貌的圖像捕捉屬于近景測(cè)量，精度屬于亞米級(jí)別，測(cè)量范圍在0.1～0.5m之間。

1.2.2機(jī)動(dòng)、實(shí)時(shí)、高效

無人機(jī)因其較低的飛行高度，不受傳統(tǒng)飛行器航空管制的約束，而且受天氣的影響較小，機(jī)動(dòng)性高，可以全天候接受飛行任務(wù)。相較于傳統(tǒng)的人操控飛行器，無人機(jī)成本較低，攜帶的攝影器材成本也不高，可以進(jìn)行低空全景的數(shù)據(jù)采集，有效降低成本的同時(shí)提高了數(shù)據(jù)信息的采集效率。

1.2.3安全、靈活

無人機(jī)對(duì)于起降場(chǎng)地沒有特殊要求，適應(yīng)性極強(qiáng)，運(yùn)行操控準(zhǔn)備時(shí)間也較短，控制人員通常在經(jīng)過短暫培訓(xùn)后即可以進(jìn)行無人機(jī)操作。同時(shí)，無人機(jī)不需要人員進(jìn)行實(shí)機(jī)機(jī)體內(nèi)的操作，在天氣條件惡劣的時(shí)候也可以進(jìn)行測(cè)量作業(yè)，而且可以避免相應(yīng)的人員傷害情況，安全性高。

1.2.4全方位測(cè)量

無人機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)信息的采集可以實(shí)現(xiàn)高精度的要求。無人機(jī)通常攜帶高精度的成像設(shè)備對(duì)地面影像進(jìn)行采集，也可以進(jìn)行垂直或者斜影拍攝，通過垂直的拍攝行程地形的平面數(shù)據(jù)，對(duì)地形、建筑物進(jìn)行低空多角度的拍攝獲取高分辨率的紋理影像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地貌進(jìn)行全方位的數(shù)據(jù)采集。理論而言，三顆遙感衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球地面的全覆蓋，通過與衛(wèi)星遙感技術(shù)的結(jié)合，可以限度擴(kuò)大無人機(jī)測(cè)量的范圍。數(shù)據(jù)信息也是通過衛(wèi)星或者地面信息站點(diǎn)進(jìn)行傳輸，對(duì)地形的全方位數(shù)據(jù)采集，有效的解決的遙感技術(shù)與傳統(tǒng)航測(cè)技術(shù)對(duì)于地面復(fù)雜地形的遮擋問題，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)及數(shù)據(jù)的全方位采集。

2.無人機(jī)技術(shù)在水利水電工程測(cè)量中的應(yīng)用

水利水電工程需要在地形條件較為復(fù)雜的區(qū)域施工，對(duì)地形測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性是工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)，更是工程有序、安全進(jìn)展的重要保障。在工程測(cè)量中，人為測(cè)量方式受地形地貌的限制較大，衛(wèi)星遙感在小面積的數(shù)據(jù)精確性方面又有不足，與傳統(tǒng)的航空測(cè)繪作業(yè)活動(dòng)相比，無人機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、反應(yīng)迅速等諸多優(yōu)點(diǎn)，是DEM數(shù)據(jù)獲取的一項(xiàng)重要手段，能夠填補(bǔ)通用航空在小面積、大比例尺攝影測(cè)量方面的空白，實(shí)用性較強(qiáng)。

2 . 1數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)性

水利水電工程建設(shè)涉及生態(tài)環(huán)境、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控等多個(gè)方面，無人機(jī)數(shù)據(jù)信息的高效、高精等實(shí)時(shí)性特征對(duì)于及時(shí)把握第一手的工程現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息具有重要作用。利用無人機(jī)，搭配空間信息技術(shù)，有效結(jié)合中低空無人機(jī)遙感測(cè)量數(shù)據(jù)與衛(wèi)星空間技術(shù)的大范圍數(shù)據(jù)信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程周邊環(huán)境的全覆蓋，建立科學(xué)的工程設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程中存在的問題或者引起周邊水土資源的變化，采取切實(shí)有效的優(yōu)化措施，提高工程建設(shè)使用中的實(shí)效性。

2 . 2實(shí)現(xiàn)科學(xué)的水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

水利水電工程對(duì)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境具有重大的影響，需要對(duì)水文信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的檢測(cè)，掌握及時(shí)有效的數(shù)據(jù)，綜合全面的分析環(huán)境影響。區(qū)域內(nèi)的水文信息每時(shí)每刻都在發(fā)生著變化，依據(jù)傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯然不具有時(shí)效性，無人機(jī)的遙感測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水文信息的實(shí)時(shí)采集，通過高精度的影像收集設(shè)備，經(jīng)過對(duì)比分析呈現(xiàn)出水文環(huán)境的變化，不僅有助于降低人力、物力測(cè)繪成本，也有助于提高監(jiān)測(cè)效率。通過全民水域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的收集，依據(jù)科學(xué)的信息處理流程，對(duì)分區(qū)域的水文信息匯集成像，準(zhǔn)確獲取不同區(qū)域水文信息的面積、類型、權(quán)屬及分布，建立切實(shí)有效的不同部門的聯(lián)合機(jī)構(gòu)，構(gòu)建水域動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的檢測(cè)及管理機(jī)構(gòu)，既保障水利水電工程的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，更保障生態(tài)環(huán)境的平衡。

2.3促進(jìn)防汛工作開展

2004年7月，無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于暴雨引起的廣西桂平市蒙圩鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害調(diào)查，第一時(shí)間獲取了洪澇區(qū)、退水區(qū)、非洪澇區(qū)等信息的遙感圖，為抗險(xiǎn)救災(zāi)提供了重大幫助，這也是我國(guó)首次利用自控?zé)o人駕駛飛機(jī)對(duì)洪澇災(zāi)害的遙感監(jiān)測(cè)的紀(jì)錄。無人機(jī)的高機(jī)動(dòng)性、低成本、數(shù)據(jù)影像收集快速、高效性，是空間數(shù)據(jù)收集的重要方式。水利水電工程在提供電力資源的同時(shí)，也是調(diào)節(jié)水流、防汛抗旱的基礎(chǔ)工程保障，在日常的防汛檢查中，無人機(jī)可以有效克服交通不暢、地形條件惡劣的影響，全時(shí)、全方位的進(jìn)行滯洪區(qū)的水域環(huán)境監(jiān)測(cè)，立體化的查看水庫(kù)、敵方等險(xiǎn)工險(xiǎn)段，為管理控制人員提供第一手的信息資料，有助于形成更科學(xué)、合理的管理系統(tǒng)。同時(shí)，無人機(jī)機(jī)體小，便于攜帶，對(duì)其降落場(chǎng)地也沒有特殊要求，一旦發(fā)生洪險(xiǎn)，人可以在安全區(qū)域進(jìn)行操作，無人機(jī)進(jìn)入出險(xiǎn)區(qū)域，有效的降低了人身傷害的風(fēng)險(xiǎn)。

3.結(jié)語

水利水電工程需要克服復(fù)雜的地形地貌環(huán)境，人工進(jìn)行相關(guān)事項(xiàng)的測(cè)量越來越不符合實(shí)際的需求，無人機(jī)以其高機(jī)動(dòng)性、實(shí)效性、全時(shí)性，為工程測(cè)量提供了重要的技術(shù)支撐，不僅有助于提供第一手的全面信息資源，也有助于降低成本提高工程的經(jīng)濟(jì)性。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)的性能必將得到更人性化的升級(jí)，對(duì)水利水電工程而言，其數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)效性也必將更進(jìn)一步。

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