淺析無(wú)人機(jī)在水文測(cè)驗(yàn)和信息化管理中的應(yīng)用

汪敏華

湖北省襄陽(yáng)市水文水資源勘測(cè)局 湖北 襄陽(yáng) 441003

引言

在水文信息化測(cè)驗(yàn)期間，技術(shù)人員可在無(wú)人機(jī)的支持下進(jìn)行地面、水文信息的在線監(jiān)控，可在“3S”技術(shù)的動(dòng)態(tài)輔助監(jiān)控中采集離散化的數(shù)據(jù)信息，從而提升水文測(cè)驗(yàn)的合理性。因此，無(wú)人機(jī)可在遙感技術(shù)的支持下測(cè)量出有色溶解性有機(jī)質(zhì)、總磷、總氮等指標(biāo)數(shù)據(jù)，可在廣譜技術(shù)協(xié)調(diào)下整合水質(zhì)特點(diǎn)及空間數(shù)據(jù)模型。通過(guò)得到動(dòng)態(tài)化的水文數(shù)據(jù)信息，并在信息化管理控制中對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線記錄、評(píng)價(jià)、分析、監(jiān)控，從而提高水文測(cè)驗(yàn)的有效性。

1 無(wú)人機(jī)在水文測(cè)驗(yàn)和信息化管理中的應(yīng)用價(jià)值

無(wú)人機(jī)技術(shù)可利用自控程序系統(tǒng)進(jìn)行飛行器的實(shí)時(shí)控制，可方便在水文數(shù)字化的控制模式中得到、統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)出水土流失的問(wèn)題。在此期間，飛行器可在自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)的實(shí)踐分析中得到待測(cè)地區(qū)的地貌、綠化、生態(tài)氣候等數(shù)據(jù)，有利于測(cè)試出河流上下游的水體清潔度、水體性能指標(biāo)等系統(tǒng)。同時(shí)無(wú)人機(jī)技術(shù)能夠第一時(shí)間測(cè)驗(yàn)隱蔽、危險(xiǎn)地區(qū)的環(huán)境特征，且可結(jié)合可視化系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、圖像、視頻進(jìn)行標(biāo)識(shí)，方便技術(shù)人員進(jìn)行在線數(shù)據(jù)分析控制[1]。由此可見(jiàn)，該技術(shù)可提高緊急、不安全事件的預(yù)警效率，一旦災(zāi)區(qū)有山體滑坡、泥石流等現(xiàn)象時(shí)，自動(dòng)化水文監(jiān)控系統(tǒng)可在航拍測(cè)試中進(jìn)行監(jiān)控，并以生命特征的形式記錄各救援要求和救援信息。通過(guò)利用線上收集系統(tǒng)對(duì)水資源、水利地理信息進(jìn)行巡視統(tǒng)計(jì)，可在傳感控制中快速得到水庫(kù)、堤壩作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控要求。同時(shí)，在線作業(yè)信息測(cè)驗(yàn)中，無(wú)人機(jī)技術(shù)可在監(jiān)控定位、自動(dòng)歸檔、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的支持下匯總需求的水文信息，可消除傳統(tǒng)信息存儲(chǔ)的困難。

2 無(wú)人機(jī)在水文地形測(cè)量中的應(yīng)用方法及信息化管理

2.1 地形圖測(cè)量

在水文地形圖的測(cè)量監(jiān)控中，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)可在指定區(qū)域建立勘察站點(diǎn)，針對(duì)水文調(diào)查報(bào)告進(jìn)行改造優(yōu)化，方便得到翔實(shí)的地形圖信息。尤其是傳統(tǒng)水文地形勘測(cè)的難度相對(duì)較高，部分工藝無(wú)法進(jìn)行人力干預(yù)，可解決地形勘測(cè)任務(wù)不合理的問(wèn)題。在此期間，無(wú)人機(jī)作業(yè)可分析地形圖作業(yè)過(guò)程的特點(diǎn)，方便在精準(zhǔn)測(cè)試、作業(yè)監(jiān)控中控制作業(yè)范圍，以便在人為測(cè)量控制期間解決成圖控制、航拍監(jiān)控、地理位置信息測(cè)試方面的問(wèn)題。其中，測(cè)量期間應(yīng)注意以下幾方面的測(cè)試要求:第一，在人工測(cè)圖中，無(wú)人機(jī)可利用自動(dòng)化系統(tǒng)將收集的點(diǎn)、線、面信息進(jìn)行控制，再結(jié)合既定的測(cè)量模式監(jiān)控外業(yè)作業(yè)模式及作業(yè)要求，以便快速得到測(cè)量需求。第二，在無(wú)人機(jī)航片測(cè)試控制期間，系統(tǒng)可進(jìn)行大范圍的視覺(jué)成圖，且成圖的速率相對(duì)較快。但是，控制期間應(yīng)注意飛機(jī)航片的申請(qǐng)步驟，故需探討影響測(cè)試實(shí)踐的限制要求及影響條件。值得注意的是，航片的運(yùn)營(yíng)成本較高，水文地形圖測(cè)量應(yīng)注意監(jiān)控測(cè)試。第三，監(jiān)控系統(tǒng)可利用GPS地圖衛(wèi)星數(shù)據(jù)（百度、谷歌）地圖顯示出不同區(qū)域的衛(wèi)星影像圖示，在遙感技術(shù)的控制支持中得到1:2000～1:1000000比例圖示信息，且不同大小的比例尺可用于不同控制環(huán)境中。例如小比例圖示信息調(diào)查中，可標(biāo)識(shí)出航拍細(xì)節(jié)。第四，在航拍數(shù)據(jù)測(cè)試中，可提高圖像分辨率至0.1m的精準(zhǔn)度內(nèi)，通過(guò)對(duì)小范圍內(nèi)的航拍信息進(jìn)行測(cè)試，在高分辨率控制支持下對(duì)時(shí)效性的信息進(jìn)行整合，可方便無(wú)人機(jī)進(jìn)一步鞏固測(cè)試信息。

2.2 水資源巡查成圖控制

無(wú)人機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)可利用微波技術(shù)對(duì)水文特征進(jìn)行反射、監(jiān)控，以便持續(xù)性得到穩(wěn)定的控制數(shù)據(jù)。在此期間，系統(tǒng)需要具有較好的穩(wěn)定性，其原因是穩(wěn)定的放射微波可在標(biāo)識(shí)河流速度、無(wú)人機(jī)飛行速度等指標(biāo)，有利于控制外界環(huán)境干擾而造成航拍數(shù)據(jù)誤差。從水文監(jiān)控的角度來(lái)講，水資源巡查控制可在翔實(shí)的巡查監(jiān)控中得到不同地段的水文巡查信息，在此過(guò)程中，無(wú)人機(jī)可在高處進(jìn)行持續(xù)作業(yè)，在此期間技術(shù)人員可評(píng)價(jià)勘測(cè)對(duì)象信息理論、巡視目標(biāo)、飛行范圍的同時(shí)進(jìn)行立項(xiàng)控制。同時(shí)，在低空飛行作業(yè)中，無(wú)人機(jī)可明確航拍范圍及航拍資源，在必要的信息巡查中評(píng)價(jià)出水資源的特征信息。總之，在航拍數(shù)據(jù)上傳中，自動(dòng)化系統(tǒng)也會(huì)對(duì)比出不同地段的巡查成圖數(shù)據(jù)及地面工作站點(diǎn)特征，方便飛行器在清晰地監(jiān)控分析中得到水資源的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)特點(diǎn)。落實(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，系統(tǒng)可根據(jù)不同水資源信息的分類標(biāo)識(shí)出水體中化學(xué)元素（N、O、S、P等）含量，建立電子版的巡查效果圖，能方便調(diào)查、監(jiān)控出水資源的巡查效果和成圖效果。

3 無(wú)人機(jī)在水文三維地圖測(cè)驗(yàn)和信息化管理中的應(yīng)用

3.1 三維地圖信息的管理

在3D水文地圖信息監(jiān)控中，信息化系統(tǒng)可協(xié)調(diào)GPS、水質(zhì)監(jiān)控裝置方面的信息理論，可利用三維數(shù)字模型將所涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行編撰，再結(jié)合查看、控制、評(píng)價(jià)、匯總等方面的控制模型對(duì)淹沒(méi)區(qū)的3D水文模型進(jìn)行直觀調(diào)查，可方便航測(cè)控制及評(píng)價(jià)過(guò)程。其中，具體應(yīng)結(jié)合以下要點(diǎn)進(jìn)行評(píng)測(cè)：第一，在三維地圖評(píng)測(cè)中，無(wú)人機(jī)可結(jié)合紅外線及遙感模型對(duì)平面圖示、地質(zhì)圖示、二維圖示進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)結(jié)合專業(yè)性的圖像標(biāo)注得到專業(yè)的控制邏輯，也可讓控制區(qū)域的數(shù)據(jù)圖像更為直觀，且所呈現(xiàn)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)更為精準(zhǔn)。在此期間，三維繪圖也可利用傾斜攝影模式對(duì)狹窄、小體積的水文信息進(jìn)行在線定位，依據(jù)仿真模型進(jìn)行線下建模，可為后期信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌提供理論支持。第二，在三維建模期間，無(wú)人機(jī)可在有效航拍、科學(xué)建模的支持下建立基本圖示，再結(jié)合單體控制模型分類標(biāo)注出用戶所關(guān)心的形象要求。例如在信息化管理期間可利用大數(shù)據(jù)系統(tǒng)協(xié)調(diào)各類基站、水文站、氣象測(cè)驗(yàn)站點(diǎn)的承建信息，幫助技術(shù)人員依據(jù)現(xiàn)有建筑物標(biāo)注、評(píng)測(cè)出某一具體點(diǎn)位的外觀尺寸，有利于提高水文測(cè)量信息的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。通過(guò)采用精細(xì)化管理模式建立“云計(jì)算”“云控制”端程，可方便無(wú)人機(jī)在特定的角度內(nèi)進(jìn)行拍照，并在匯集光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的模式中展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)籌，以便在科學(xué)的矢量標(biāo)注，評(píng)價(jià)中搭建精準(zhǔn)、翔實(shí)的3D對(duì)象信息。例如需測(cè)量某一地段的總氮含量時(shí)，無(wú)人機(jī)則需定位出該地段的經(jīng)緯度，并將涉及的站點(diǎn)信息、控制儀器信號(hào)作為數(shù)據(jù)錄入的標(biāo)注對(duì)象，可在查閱評(píng)價(jià)、對(duì)比查詢的控制管理中完成數(shù)據(jù)的篩選、打印操作。第三，在3D地圖應(yīng)用協(xié)調(diào)中，無(wú)人機(jī)可借助水文站點(diǎn)信息標(biāo)注出各個(gè)地段的地貌特征，且所得到的地圖可在旋轉(zhuǎn)控制、實(shí)體模型監(jiān)控的支持下得到直觀的數(shù)據(jù)理論，以便在航拍器中展現(xiàn)出真實(shí)的水樣模型數(shù)據(jù)。總之，搭建矢量圖形指標(biāo)，結(jié)合大數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)組進(jìn)行必要的傾斜控制，可在人工數(shù)據(jù)調(diào)控中監(jiān)控出各個(gè)地段的水文信息、坐標(biāo)數(shù)據(jù)、水深距離等參數(shù)指標(biāo)。同時(shí)，在站點(diǎn)信息統(tǒng)籌期間，信息化系統(tǒng)可根據(jù)勘測(cè)要求得到不同項(xiàng)目的運(yùn)用規(guī)劃、站點(diǎn)設(shè)計(jì)信息、水文站數(shù)據(jù)建設(shè)模型、河湖資料普查信息的實(shí)景參數(shù)。當(dāng)技術(shù)人員需要調(diào)取相關(guān)控制數(shù)據(jù)時(shí)，僅需在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中輸入指定關(guān)鍵字，再評(píng)價(jià)出不同平面、立體圖示的淹沒(méi)數(shù)據(jù)，可消除煩瑣作業(yè)、長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)、施工線條控制方面問(wèn)題[2]。同時(shí)，在線條淹沒(méi)分析中，技術(shù)人員可在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中輸入運(yùn)算邏輯及運(yùn)算數(shù)據(jù)，再結(jié)合自動(dòng)化淹沒(méi)展示特征得到控制結(jié)果。

3.2 信息化應(yīng)用資源設(shè)備監(jiān)控

在裝置安全性能測(cè)驗(yàn)期間，技術(shù)人員可利用無(wú)人機(jī)評(píng)價(jià)出水庫(kù)、堤壩區(qū)域的環(huán)境特點(diǎn)，包括于堤壩的高程、水深等參數(shù)，并在航拍監(jiān)控中對(duì)所使用的水利設(shè)備組件展開(kāi)巡檢監(jiān)控，可在水庫(kù)周邊建立出可控的巡檢機(jī)制。在環(huán)境測(cè)驗(yàn)過(guò)程中， 無(wú)人機(jī)可高效匯總與水文測(cè)驗(yàn)相關(guān)的監(jiān)控任務(wù)，再結(jié)合重要的無(wú)人機(jī)機(jī)組對(duì)所涉及用水機(jī)械設(shè)備功能進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)落實(shí)階段性的巡視方案，明確水庫(kù)周圍的惡劣地形，可為技術(shù)人員提供完整的監(jiān)控方案。同時(shí)，在水文信息測(cè)流控制中，無(wú)人機(jī)可利用光學(xué)、升學(xué)的技術(shù)收集雷達(dá)、水位器、GPS電臺(tái)中的有線數(shù)據(jù)，在必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、控制、協(xié)調(diào)下搭建中轉(zhuǎn)電臺(tái)裝置。總之，在無(wú)人機(jī)測(cè)流過(guò)程中，無(wú)人機(jī)可在線評(píng)估出河流的汛期，并在評(píng)估洪水?dāng)?shù)量的期間分析出河面水流量的控制及推演。當(dāng)完成快速響應(yīng)、協(xié)調(diào)評(píng)估中對(duì)測(cè)流信息進(jìn)行校準(zhǔn)，可及時(shí)評(píng)價(jià)出不同天氣環(huán)境下水流流速的特點(diǎn)要素，也能在預(yù)警測(cè)試、人工測(cè)量控制的風(fēng)險(xiǎn)校準(zhǔn)中鞏固水文測(cè)量質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，將無(wú)人機(jī)應(yīng)用至水文測(cè)驗(yàn)控制中，使用信息化技術(shù)評(píng)價(jià)出水文信息特點(diǎn)及應(yīng)急要求。另外，為提高水資源應(yīng)急監(jiān)控、評(píng)價(jià)的質(zhì)量，需要高效的評(píng)價(jià)出水文條件和地質(zhì)條件之間的限制關(guān)系，能在必要的監(jiān)督控制、在線分析、水文測(cè)驗(yàn)支持下得到水文數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。