無人機在水利勘測中的應用研究探索

陳 原

廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州 510000

1 無人機技術的發展現狀

無人機（UVA） 即“無人駕駛飛機”，是一種對搭載了新型低空遙感信息獲取技術的無人駕駛飛行器的統稱。隨著無人機遙感技術的不斷發展，尤其是以無人機為載體的3S技術等高新測繪技術和計算機技術的快速發展，無人機遙感技術的應用范圍越來越廣，從軍事到民用、從城市建設到森林山川，都可以及時獲取準確、清晰的遙感影像資料數據等信息。對資源信息要求較高的水利勘察也提供了相應的應用方向。

20世紀20年代，無人機作為靶機首次運用在了戰爭的舞臺上。而后隨著重量減輕、體積變小、更為靈活的高探測精度的新型傳感器無人機誕生，無人機逐漸轉向了民用遙感飛行平臺，成為了偵查、測繪等有效手段。20世紀80年代以來，結合計算機技術運用和通訊手段的迅速發展，衛星遙感技術的勘察范圍不斷擴大、獲取信息更加迅速、信息綜合性更強，使得無人機遙感技術在工程測量、信息采集、環境監控中廣泛應用。近年來，無人機遙感及相關技術勘測發展迅速，無人機在測繪勘察中具有非常重要的效果，能夠機載遙感設備快速獲取準確完整信息。無人機遙感技術平臺憑借其特有的優勢逐漸被廣泛應用到國家生態環境保護、礦產資源勘探、海洋環境監測、土地使用調查等范疇中去，作為一種新型的低空遙感信息獲取機器，有著寬廣的市場需求和應用前景。

2 無人機遙感技術的應用范圍

無人機遙感技術不僅能夠真實地反映地物情況，而且可通過先進的定位技術，嵌入精確的地理信息、拾取更豐富的影像信息。無人機遙感技術的應用十分廣泛，無論是在國家重大工程建設、城市建設方面，還是公共事業的評估、公眾服務等領域，均具有很大的應用空間和探索價值。尤其在基礎測繪數據的捕捉獲取、工程項目調查和環境動態監測等方面。

2.1 地理基礎信息的獲取

無人機遙感技術可以利用航拍、遙感技術快速獲取城市或山區、森林的地物地貌信息，包含了基本地理物體的外部輪廓信息、分布信息以及高程信息、位置矢量信息等，并能依據獲取的相關地理基礎數據資料信息，完成后期資料數據的分析處理，及時生成完整、直觀的勘測模型或4D地圖。

2.2 快速建立模型庫

無人機遙感能夠搭載不同的數據處理軟件或第三方應用平臺，快速建立直觀精準的模型庫。在數據后期分析處理中，以無人機航空傾斜數據為基礎，通過對傾斜原片數據的提取，可以進行人機交互的三維建模，建立具有較為完整結構、紋理質量清晰的模型，進而可以快速的建立模型庫。

2.3 利用三維平臺可實現更多應用

在提高無人機技術獲取基礎信息數據后，通過傾斜攝影真實的地形剖面分析來對接第三方平臺應用，實現可利用生成的三維模型對接多個第三方平臺，如地下管線管理、三維模型對像化至戶、淹沒分析用于城市低洼地區管理、空間可視域分析等處理，可完成更多、更為廣泛和具體的應用。

3 無人機遙感的技術優勢

關系到水利工程建設項目和水利工程的安全運行，水利勘測的重要性值得人們關注。而自然環境尤其是復雜的地質結構和地形地勢對水利工程的建設和勘察影響巨大，傳統人工的勘查工作十分艱苦和危險，也存在數據信息不準確和費時長、成本大的問題。如果在勘察測繪階段的數據反饋不準確，會影響數據的下一步分析和工程的具體計劃。因此，對水利勘察的標準應該不斷提高，對水利項目的前期工作需要進行嚴格的調查，需要借助無人機遙感技術實現對自然的合理改造。

3.1 快速精準的工作效率

勘察測繪是一項非常具有時效性，要求精準性的工作，傳統水利勘測工作經常會遇到人員操作危險或無法操作的情況，而通過低空無人機遙感技術不僅能夠獲取地質環境和水利條件等實時、精準的信息，還能夠對接后期數據處理平臺，進行數據整理和分析。低空無人機的應用范圍較廣，除了用于工程項目的勘探測繪外，還可以用于自然災害的評估，通過航拍技術對社會公眾的生產生活所需進行應用等。無人機遙感通過具有的高清拍攝和獲取優勢，極大地提高了基礎信息收集、處理的速度和效率，為下一步的規劃和安排提供科學的決策依據。

3.2 靈活性高

隨著技術和應用的創新發展，體積重量越來越小、續航動力越來越強成為無人機的發展趨勢。因此在地質測繪的無人機技術中，相比于傳統的如繞地衛星、航天飛機等飛行器來說，無人機在飛行和地面操作上具有很大的靈活性。尤其是將機體部分設計成折疊式旋翼的多旋翼無人機的研發與應用，進一步縮小了無人機的體積，使無人機在森林、河流、山地等復雜多變的地質環境中也可正常起飛，降落程序也較為簡單方便，甚至無需降落面，增強了飛行和數據收集的靈活性。另外，通過計算機網絡的連接，能夠實現地面與高空的直接控制，使得低空無人機技術的應用場景多元化，其靈活性也體現的淋漓盡致。

3.3 數據處理較快

低空無人機航攝遙感技術應用相較于一些大型飛行器或衛星具有非常大的優勢。一方面，無人機遙感采用了高精度相機以及地理掃描儀，具有較高的分辨率，使得收集的圖像影像資料更加清晰可觀。另一方面，也采用了影像自動識別技術，能夠保障在飛行航攝期間實現對影像數據的精準收集和高效處理。在勘探回測領域，低空無人機航攝遙感技術采集快、效率高，適用于采集各種圖像信息，面對地形非常復雜的勘測環境，可以避免傳統測繪的大量時間耗費，能夠在較短時間內完成測繪工作并做好數據處理，有效地滿足測繪行業當前的迫切需求，提高測繪行業的工作效率。

4 無人機技術在水利勘測中的應用

4.1 水環境監測

面對水資源污染越來越嚴重的社會現狀，實現水質監測現代化的目的十分緊迫。當前我國水質監測主要運用人工或無人船，但是在實地采樣中，人工監測需要消耗大量人力、物力，且周期十分漫長。而無人船技術在實際應用中，仍存在勘測精度和完整度上的問題，現有的無人船技術還需要進一步提升。因此，在水質抽樣監測、水域環境動態監測方面，無人機具備良好的穩定性和操作性，能夠準確定位勘測水域，靈活、安全地查明水域的水利條件，有利于節省人力、物力成本，及時有效的對水域實施動態監測，迅速發現流域地區的變化情況及河水質量問題。因此，無人機技術對信息收集和數據處理的快捷、準確、完整，能夠為水利管理提供依據，有效促進水質監測采樣的高效化和精確化，有效推進水環境監測工作的自動化、信息化和現代化。

4.2 水土保持監測

在水利工程中，進行水土監測和普查能夠有效預防水土流失，要做好水土保持的監測工作，需要對較大范圍的各種地理水文信息進行收集，還需要投入巨大的人力物力資源，是一項十分艱巨繁瑣而重要的工作。由于水利工程規模較大，所需勘測的數據較多，傳統勘測方式單純的依靠人工來對水域內水土保持及水土流失情況進行統計，不但勘測周期長、人力物力投入成本高而且無法確保數據的準確性，后期數據處理分析復雜繁瑣。因此，在無人機遙感技術得到廣泛應用后，可以利用遙感系統對水土流失的成因、強度、影響范圍實施動態監測，并對其防治成效進行追蹤調查。通過無人機遙感技術，不僅能夠迅速掌握地面較大范圍的水土保持情況，還能夠以遙感影像為依據對水土保持的各個變量進行科學分析和處理，為后續治理制定科學的改善措施提供技術支持。

4.3 水文檢測

在無人機航拍與巡視技術中，可以通過固定翼無人機，進行大面積快速的水文信息采集和數據資料處理。使地面工作站能夠在第一時間掌握水利資源調查信息以及地面水資源用地信息，進而根據水利資源調查成果和實時航拍監控數據分析水文數據的實時動態。除此之外，無人機遙感系統作為一個技術支持平臺，可搭載其他設備承擔更加具體化的水利勘測工作，比如在無人機上搭載流速流量計，可以對水體流速進行準確快速的測量。在無人機身上搭載聲吶探測設備，能夠快速到達指定位置對水文地貌情況進行掃描分析，還可以對河底地形進行勘測描繪，讓我們更好地了解水下地形和結構的相對位置情況。

5 結語

在地質勘探測繪工作中，面臨著各種各樣復雜的地形地貌，無論是山地森林還是江河水域，人員勘測不僅周期長、成本高、效率低下，還具有較大的安全隱患。通過無人機的低空遙感控制，可以實現高空與地面的實時測繪和數據對接。此外，無人機還是一個能集成載荷的平臺，對無人機應用的深入拓展必須將無人機應用和勘探技術進行更深一步的結合，開發更多的計算機后期數據處理技術，只有這樣才能推動無人機在水利勘測中的深入應用，推動我國測繪工程的進步。

[1] 蘇赫, 仲維妍.淺析低空無人機在測繪中的主要應用[J].民營科技,2016（4） ：8.

[2] 李長平.無人機在水利工程中的應用[J].中華民居 （下旬刊）,2014（4）.

[3] 鄭紅.無人機在水利勘測中的應用研究探索[J].甘肅水利水電技術,2016, 52（4） ：63-65.