無人機技術解決水環境工作中的難點問題

劉彥喬，歐陽凱，許 健

（北京市京密引水管理處，北京 101400）

早在“十三五”規劃中就提到了水利系統建設的信息化，但實際應用還處于探索階段。京密引水渠是北京市重要的水利工程，引渠經密云、懷柔、順義、昌平、海淀五個區至團城湖供水樞紐，全長100多公里，肩負著正、反向輸供水的重要任務[1]。為了保障水源安全，水環境管理工作就顯得尤為重要，故此，探索使用無人機技術解決水環境管理工作中的難點問題，從而為社會大眾營造良好的水事秩序。

1 京密引水渠水環境的基本情況

近年來，京密引水渠水環境治理情況受到社會大眾的普遍關注，水務部門按照“科學決策、突出重點、綜合治理、著重實效”的工作方針，不斷加大水環境管護力度，近些年沿渠安裝了約210km的防護網，實現了渠道的封閉式管理，有效減少了游泳、釣魚等違法涉水行為，為引渠水環境保護工作提供了較好的基礎[2]。但渠道還有部分區域受各種社會因素的影響較大，成為水環境管理工作中的難點問題，通過對京密引水渠水環境現況的研究發現，目前難點問題主要有違規傾倒垃圾渣土、違法涉水行為、水質檢測不及時、違章建筑存在安全隱患等問題。

2 水環境管理中的難點問題

2.1 違規傾倒垃圾渣土

京密引水渠渠道較長，引渠兩岸村鎮、企業較多，且緊鄰交通要道，渠道周邊游玩人員較多，部分外來游玩人員素質不高，亂扔垃圾現象時有發生。隨著城鎮化的推進、平原造林工程的落實，渠道周邊時常發現違規傾倒垃圾渣土的現象，且堆放地點多為日常巡視的死角。近四年來，每年平均出動保潔人員8 000多人次、保潔車輛約600臺班、清理垃圾渣土1 337m3、打撈水面漂浮物619m3、打撈水草220m3。如圖1所示。

圖1 垃圾渣土情況信息圖

2.2 違法涉水行為存在

引渠內游泳、釣魚等違法涉水行為屢禁不止，特別時春、夏、秋三個季節，違法涉水行為達到全年總量的八成以上。管理人員進行勸阻時，違法涉水人員經常沿著擋墻逃走，而后翻越護網逃竄，為避免意外情況的發生，管理人員不敢深追。過去違法取證的手段主要是執法人員依靠攜帶的執法記錄儀進行攝像取證，但由于執法人員有一定的辨識度（比如車輛、衣服的標識等），會被當事人提前察覺逃跑，難以抓到現行，取證立案就成了難題。近四年來，平均每年出動巡視人員2 000多人次、巡視車輛670多車次、勸阻制止游泳、釣魚等違法行為240 余人次。如圖2所示。

圖2 違法涉水情況圖

2.3 水質檢測不及時

京密引水渠主要以明渠的方式進行輸供水，因外界因素導致水體受到污染，水質將會受到嚴重影響。當巡視人員發現水質因污染出現明顯的現象（如氣味、顏色、渾濁度等現象），上報領導，安排人員取水樣，送檢測公司檢驗水質，會消耗大量的時間，且因為時間差關系無法準確反映水質情況。

2.4 違章建筑存在安全隱患

由于歷史遺留問題，京密引水渠管理范圍內還存在部分違章建筑，有的已經拆除，有的才拆除一部分。這些建筑存在安全隱患，管理人員查看時存在安全風險，但由于工作的需要，又要進入建筑物內拍照、測量，以便上報存檔。如果有更好更安全的方式方便拍照測量，可以降低工作人員的安全風險程度。

3 無人機在水環境管理工作中的應用優勢

3.1 安全系數高

在水環境管理工作中可以利用無人機的各項功能來完成危險系數較高的工作，這樣降低了工作人員的安全風險，提高了安全性。比如，水樣采集人員不必乘船在水面上采樣，只需要在安全的地點操控無人機就可以完成采樣工作。這種方式所面臨的風險較小，管理人員可以在安全的環境下采集水樣，提高了工作的安全性[3]。

3.2 提高工作效率

在水環境管理工作中運用無人機進行巡視檢查，可以克服地形和地勢方面的困難，以直線的路徑到達想要檢查的區域，為水環境管理工作節省大量時間的同時，也可以檢查到一些平常巡視中難以覺察到的死角，從而有效提高水環境管理工作的效率。另外，當無人機將水樣采取完畢后，降落在岸邊，直接收取無人機和水樣就可以離開，減少了通常情況下船只返回停靠點并固定的時間。

3.3 避免出現污染

在水樣采集工作中，船只一般以柴油為動力，船只在行駛過程中會產生廢氣及其他有毒物質，如果船只出現漏油現象，油污會漂浮在水面上，會對水源及水環境造成非常嚴重的影響。而無人機以電能為能源，只要使用過程中操作得當，就不會對水環境造成污染，相比之下，使用無人機非常環保。

3.4 降低工作成本

由于京密引水渠渠道相對較長，在巡視檢查工作中，會使用較多車輛，且水樣采集工作中會應用到船只。無論是車輛還是船只，都需要燃料方能運轉行駛，這就會增加管理工作的成本，而無人機的廣泛使用，可以用相對便宜的電能代替燃料，降低了燃料的消耗，減少了水環境管理工作的成本。

4 應用無人機解決難點問題

4.1 針對違規傾倒垃圾渣土的問題

基于現實情況，管理人員不可能實時關注渠道每個角落，但針對違規傾倒垃圾渣土的問題，可以操作搭載有高分辨率攝像機的無人機，使之懸浮于空中，從俯視的角度查看渠道情況，確定垃圾渣土的堆放位置，以便運維單位進行清理。這樣的方式與徒步檢查形成“人機交互，立體交叉”的管理方式，使管理人員更易發現堆放在死角處的垃圾渣土，更好地解決垃圾渣土問題。

4.2 針對違法涉水行為存在的問題

水環境治理本身并不是以懲罰違法涉水人員為目的，而是以減少甚至杜絕違法涉水行為的發生為目標，因此將游泳、釣魚等違法涉水人員勸走即可，不必冒著生命安全進行驅趕。無人機搭載播音裝置對游泳、釣魚人員勸阻的方式在部分地區已有實施，效果顯著。無人機也可以搭載高清攝像頭用于拍照，工作人員就不必親自到達現場，可以在不被違法涉水人員發現的同時完成拍照取證工作。

4.3 針對水質檢測不及時的問題

無人機進行水質檢測工作有管理人員即可完成，應用搭載光譜傳感器的高性能無人機，光譜傳感器可以選擇Mica Sense Red Edge傳感器，此款多光譜傳感器能提供藍、綠、紅、紅邊及近紅外5個光譜帶的數據，對水體進行圖像采集，以便于對水質進行實時分析。這種方法與人工取水送檢測公司相比，全部都由管理人員完成，更加經濟實惠，同時不會對水源及水環境造成二次污染。

4.4 針對違章建筑存在安全隱患的問題

部分違建大門緊鎖，使得管理人員難以進入其中了解實時信息，由于工作需要進入違建房內拍照、測量時，還要注意自身安全。使用無人機完成拍照檢查工作，管理人員在建筑物周邊就可以完成相關工作，不必親自進入違建內，保障了人身安全。

5 無人機其他方面的使用情況

5.1 巡視檢查方面

京密引水渠周邊部分地區還是土路，夏季一旦降雨，道路泥濘難行，而無人機可以無視道路泥濘，直達想要檢查的區域，完成水環境檢查工作。如圖3所示，此山洪橋常年有積水，車輛行駛在上面易打滑；巡視人員徒步巡視時會弄濕衣服、冬天容易滑栽，使用無人機飛過橋梁，即可清晰地觀測到山洪橋上面的情況，保障安全的同時提高了工作效率。

圖3 某山洪橋俯視圖

5.2 測繪方面

京密引水渠已有五、六十年的歷史，部分建筑物與原有設計方案的位置可能出現變化，考慮到部分無人機具有航拍測繪功能（比如大疆精靈4），可以使用無人機對渠道進行測繪，確定渠道現有水工建筑物的實際位置情況。采用無人機低空攝影測量技術，快速高效地獲取研究區域的正射影像及堤防影像，再通過相應的軟件合成渠道的影像，完成測繪。

5.3 宣傳方面

水環境保護工作其中一個非常重要的方面就是宣傳工作，通過各種方式，向社會大眾宣傳水法及保護水源的重要性，提高民眾的參與度，使社會大眾樹立河湖保護意識，形成重視水環境的社會氛圍。而無人機配備語音播報裝置進行播報就是一個很好的方向，管理人員操作無人機在渠道管理范圍內人員密集的區域宣傳水法知識、宣傳保護水環境的重要性，也是無人機的應用方式之一。

6 無人機在水環境管理工作中的應用要點

無人機在實際工作中具有非常優良的效果，相關單位應當在引進無人機的同時制定相關程序，使其在水環境管理工作中發揮正面作用。使用無人機應當結合屬地實際情況，在允許的情況下使用無人機，不要因為盲目使用無人機而違反相關法律法規。

水環境管理工作是一個由多個部分組成的相對復雜的工作，應當根據實際情況使用無人機執行不同的工作任務，還要考慮無人機的飛行距離、高度及電量損耗，對無人機的航行軌跡進行有效的規劃，防止意外情況發生，從而更好地完成水環境管理工作。

7 結束語

無人機在水環境管理工作中的應用前景是非常可觀的，管理人員使用無人機時，要充分發揮其優勢，解決水環境管理工作中的難點問題，同時也要重視無人機的劣勢，科學合理地預設無人機的飛行軌跡保，保障安全，使無人機成為水環境管理工作的重要輔助工具，進而為水利工作的信息化添磚加瓦。