無人機技術在防汛減災工作中的應用淺析

張學琴，徐海濤

（章丘黃河河務局，山東 濟南 250200）

近年來，無人機技術的發展與完善給黃河防汛減災工作提供了一種更為高效與精準的技術支撐。在實際應用中，無人機技術能夠克服天氣與交通等不利因素，高效完成數據的準確采集和實時傳輸。同時還能彌補傳統防汛察險工作成本高、效率低、消耗大、精度差等缺點，具有較高的應用前景與實用價值[1-3]。

1 無人機技術特點

1.1 無人機簡介

無人機又稱無人駕駛飛機，英文縮寫為“UAV”，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱，或者由車載計算機完全地或間歇地自主操作的不載人飛機。其組成包括飛行控制系統、數據鏈系統、機體、電源系統及發射/回收系統5 部分。飛行控制系統主要用來控制無人機的飛行姿態與航跡；數據鏈系統對遙控指令進行準確地傳輸，以保證控制人員與無人機系統之間進行及時有效的傳遞信息；發射/回收系統保證無人機順利達到指定的安全高度，并在航拍結束后安全地回落到預設地點[1-2]，從而實現無人機系統的連續重復使用；電源系統主要用來為無人機提供穩定的電能。按照外形結構的不同，無人機一般分為無人直升機、無人多旋翼飛行器及無人固定翼機3 種。無人多旋翼飛行器具有操作平穩、對場地要求低等優勢，在黃河防汛減災工作中得到了較為廣泛的應用。

1.2 無人機技術的主要特點

1）測量精度高。無人機作為低空飛行器，其飛行高度約為30～500 m。無人機飛行拍攝的測量精度為亞米級，精度范圍為0.1～0.5 m，符合防汛減災工作的技術要求。

2）應用成本低，操作靈活性強。無人機所攜帶的攝影設備價格較低，可以降低工作成本。無人機在飛行過程中受到空間限制與天氣狀況的影響一般較小，并且對于起飛場地沒有特殊的要求，在使用過程中具有較強的操作靈活性。

3）實時性和安全性。無人機飛行過程中可將獲取的數據信息實時地傳遞到防汛指揮中心，以便于防汛指揮部門及時作出決策。在天氣及地質條件惡劣的環境下，人工測量往往存在一定的危險，而無人機能夠有效地進行規避，從而能夠直接獲取影像資料。

4）圖像分辨效率高，圖形可多角度合成。無人機遙感航拍使用的數碼成像設備是經過改裝的CCD 數字相機，該成像設備可以獲取高分辨率的實時地面影像圖形。高分辨率的航拍影像可以解決遙感衛星的拍攝盲區，以及由于云層厚度大所造成的無法獲取數據等諸多困難。對于較為廣闊的航拍區域，無人機可以進行多角度拍攝，并將相關的局部圖片采用720°合成技術進行全景的整體檢測。

5）覆蓋范圍廣。無人機在人為控制操作的基礎之上，可以利用人造衛星對無人機進行輔助控制，從而極大地提高無人機飛行測量的整體覆蓋范圍。

2 在黃河防汛減災工作中的應用

無人機技術目前主要應用于航拍黃河地形、觀測黃河源區生態景觀、監測黃河凌情以及查勘黃河河勢等方面。

2.1 航攝黃河地形

2015 年7 月2 日，利用德國天狼星無人機對黃河開封段的趙口水文站區域進行了15 余架次的低空航攝，拍攝區域面積約為1.81 km2，飛行總時間約為6 h。結果表明，利用天狼星無人機航攝技術所得到的黃河地形數據的處理結果，其理論精度和實際精度基本一致。同時，在數據后處理過程中有控制點參與的控制網內部精度值明顯高于控制網外部的精度值。

2.2 觀測黃河源區生態景觀

2010 年10 月，結合高空數字影像采集技術，應用國產神龍260 電動直升型無人機和數碼攝像機，對青海省貴南縣境內的沙漠地貌、四川省唐克縣境內的九曲黃河第一灣以及青海省澤庫縣境內的草場等區域分別進行了20 余架次的超低空航空觀測，觀測到了黃河源區沙丘形態、黃河沙草生態交錯帶、草場鈣化殼及黃河沙洲的圖像[1、4]。無人機的應用為深入研究和解決黃河源區面臨的地貌學和生態學問題開辟了新的技術途徑，并且也為黃河上游地區的防災減災工作提供了評價依據。

2.3 監測黃河凌情

2009 年3 月，利用固定翼Sky-01C 型無人機在內蒙古杭錦旗至達拉特旗河段的包西鐵路橋、獨貴鎮和新華村等3 處場地進行了20 余架次的監測飛行。2011 年3 月，利用單旋翼Z-3 型無人機在內蒙古三湖河口至包頭河段區域進行了16 余架次的監測飛行。2016 年3 月，利用旋翼式大疆Inspire 1 型無人機在內蒙古三湖河口至頭道拐河段進行了25 余架次的凌情巡測飛行[1、3]。結果表明，利用無人機技術能夠較為準確、全面的獲得黃河凌情圖像數據，為黃河凌汛的精確預測預報，確保黃河防凌安全發揮積極的作用。

2.4 查勘黃河河勢

2017 年10 月，章丘黃河河務局利用無人機對重點河段河勢和工程現狀進行了5 個架次的低空和超低空觀測，并全航程攝錄，順利完成了2017 年汛末河勢查勘工作。此次利用無人機查勘重點河勢及工程情況，將視角由原來的地面轉向低空，工作人員在地面遙控指揮并實時查看拍攝影像，根據需要靈活調整場景、角度，獲取了河勢、工程等目標區域全方位的影像資料。無人機航拍實時圖像更清晰顯示出觀測河段灘岸平面沖刷和淤積狀況。通過截取圖像，還可對不同時期觀測圖像進行對比，分析河道平面沖淤變化，研究河道演變規律。

3 應用展望

3.1 實時數據采集

無人機的攜帶較為方便，工作人員可以在安全區域內操控其飛行姿勢，并且對相關數據信息進行實時的采集和監控。無人機的使用在一定程度上降低監測人員的工作難度，提高防汛搶險中的人身安全保障。遇到洪水險情時，可克服不利的交通因素，快速到達出險地的上空區域，實時傳遞多角度的影像信息和險情發展情況，為黃河防汛減災決策提供及時準確的數據信息。

3.2 防汛指揮調度

災情評估是防洪決策的重要組成部分，需要采用多種渠道對洪水災害進行準確評估。無人機技術以應急搶險通信作為支撐，可以快速展開工作，并且不受地域和時空的各種限制。無人機的配套設施易于架設，而且適用于重點水庫、閘壩和行蓄洪區等防護工程的指揮調度，使決策者可以實時查看指定點的洪水變化與災區動態的監控視頻，分析洪水的水位以及流動范圍等信息，便于及時作出正確決策。

3.3 巡堤查險

應用無人機的低空多角度拍攝技術可以有效減少人工巡堤查險工作強度。巡查中一旦發現險情，可進行重點觀測，實時反饋險情的動態情況，及時發現險情并采集數據，為控制險情確保工程安全爭取寶貴的時間。

3.4 黃河下游灘區和蓄滯洪區通信預警

黃河下游灘區和兩岸的蓄滯洪區內因歷史原因居住著大量人口，灘區和蓄滯洪區的運用需要將其中的群眾遷移至安全地帶安置，運用前需要對區內群眾發布預警。結合無線區域組網，無人機系統可以向灘區和蓄洪區發布防汛預警，使蓄洪區群眾及時地了解汛情發展，及時做好遷移準備。同時，蓄洪區的汛情和群眾撤離情況可以通過無人機系統及時地上傳到有關部門，以便對蓄洪區內的防汛形勢做出正確地分析與判斷。

3.5 搶險救援

發生洪水災情時，可以采用無人機運輸急救援包、救生衣及藥品等救援物資，為災區救援提供保障。當在陡峭的峽谷、急流的河段等區域開展救援工作時，無人機可以搭載救援拋繩器直接營救洪水中的被困人員，大大縮短救援時間，提高救援效率。無人機還可以掛載熱成像相機，對失蹤人員或潛在的生命跡象進行熱源跟蹤，開展連續的人員搜救任務，為救援搜索工作提供極大的便利。

4 結 語

無人機技術的引入為黃河防汛減災工作提供了一種便捷高效的技術支撐，在一定程度上彌補了黃河防汛減災工作作業周期長、人力消耗大以及時效性差等缺陷，相比于傳統的觀測技術具有廣闊的應用前景和實用價值。無人機技術可以在實時數據采集、防汛指揮調度、巡堤察險、行蓄洪區通信預警及搶險救援等多項防汛工作中廣泛應用，將為創新防汛工作方式和提高防汛工作效率發揮更大的作用。