無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在河湖管理中的應(yīng)用

管文堯，潘 盼

（江蘇省常州市河道湖泊管理處,213000，常州）

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)也稱無(wú)人駕駛航空器系統(tǒng)，由無(wú)人機(jī)飛行平臺(tái)、遙控系統(tǒng)、地面信號(hào)接收站和主控制系統(tǒng)組成，具有利用當(dāng)前衛(wèi)星定位、通信、網(wǎng)絡(luò)、遙感等技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸影像及獲取數(shù)據(jù)等功能。作為現(xiàn)代化空間數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)，具有低成本、高靈活等特點(diǎn)，將其應(yīng)用于河道湖泊日常管理將開創(chuàng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)管理新氣象、夯實(shí)智慧水利建設(shè)步伐。

一、河湖管理應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

1.數(shù)據(jù)獲取成本低,靈活、高效

傳統(tǒng)河湖管理主要依靠人工觀察、車船巡視、人力取證等方式，需配置專業(yè)人員，日常巡查所需車船、油料、設(shè)備、人力等投入較大。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)日常維護(hù)簡(jiǎn)單，人力投入低廉，另外受特殊環(huán)境影響較小、適應(yīng)性強(qiáng)。新冠肺炎疫情期間，車輛、人員均處于封閉隔離狀態(tài)，管理人員通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)進(jìn)行巡查管理，系統(tǒng)搭載的攝像設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸河道圖像，確保管理不缺位。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)重量輕、體積小、便于攜帶、起飛要求低、易于轉(zhuǎn)場(chǎng)。操作人員無(wú)需經(jīng)過(guò)復(fù)雜培訓(xùn)即可單人完成作業(yè)。突發(fā)事件中無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)可以快速響應(yīng)，獲取多源多維度空間數(shù)據(jù)，通過(guò)指揮系統(tǒng)快速處理和分析，遠(yuǎn)程協(xié)同與聯(lián)席會(huì)商。

2.監(jiān)測(cè)覆蓋范圍廣且精確度高

傳統(tǒng)河湖巡查中巡查人員往往存在視覺盲區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)人工取證受地形、天氣因素影響較多，存在監(jiān)測(cè)覆蓋不全面、巡查效率低、突發(fā)響應(yīng)不及時(shí)等問(wèn)題。通過(guò)控制無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)飛行航高可實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)面結(jié)合”監(jiān)測(cè)。利用高航高進(jìn)行大空間、大面積監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常后可針對(duì)特定目標(biāo)，通過(guò)降低航高實(shí)現(xiàn)低空小范圍精確監(jiān)測(cè)。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)以200 m航高進(jìn)行巡查，監(jiān)測(cè)直徑約為1 km，單次巡查理論覆蓋可達(dá)40 km2。利用無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)市區(qū)河道、轄內(nèi)湖泊的全覆蓋巡查飛行，亦可對(duì)特定點(diǎn)、特定區(qū)域進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)，近距離拍攝傳輸高清影像，滿足精準(zhǔn)取證的要求。

3.數(shù)據(jù)采集功能強(qiáng)，適用性廣

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)作為遙感監(jiān)測(cè)平臺(tái)可搭載不同數(shù)據(jù)采集設(shè)備，提供二、三維影像和地形、矢量、正射影像以及實(shí)景模型等，通過(guò)數(shù)據(jù)管理軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)采集和人工模型數(shù)據(jù)展示、空間分析、多時(shí)相對(duì)比、測(cè)量、信息標(biāo)繪等功能，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)共享，進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)大數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合城市大數(shù)據(jù)管理運(yùn)用，推動(dòng)城市智慧運(yùn)行，促進(jìn)智慧城市的發(fā)展。

二、河湖管理中的實(shí)際應(yīng)用

1.河湖日常巡查

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集可實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)影像和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳播方式傳輸至接收點(diǎn)。由于搭載高清相機(jī)，可提供高分辨率圖片數(shù)據(jù)和低空視頻，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)能準(zhǔn)確偵測(cè)出涉水建筑、水面漂浮物、岸坡?lián)p壞、湖泊圍墾等情況。目前無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能力最遠(yuǎn)可達(dá)10 km，飛行續(xù)航距離可達(dá)40 km。通過(guò)規(guī)劃多機(jī)、多線路、多站點(diǎn)的聯(lián)合巡航，完善數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，協(xié)同特定人工巡檢，可滿足日常河湖全覆蓋巡查飛行，大大提高巡查效率。江蘇省內(nèi)部分地區(qū)已開始探索建立無(wú)人機(jī)河道巡查長(zhǎng)效機(jī)制，形成無(wú)人機(jī)巡河巡湖新常態(tài)。

2.行政執(zhí)法取證

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)起飛響應(yīng)迅速、飛行速度快、隱蔽性強(qiáng)，針對(duì)涉水違法事件可在接到舉報(bào)、派單后從站點(diǎn)迅速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，先行開展調(diào)查取證工作，對(duì)違法船只、違章行為進(jìn)行持續(xù)有效跟蹤取證，防止涉事船只逃逸和違章證據(jù)損毀，彌補(bǔ)執(zhí)法船速度響應(yīng)不足，輔助執(zhí)法人員執(zhí)法，確保調(diào)查處理的及時(shí)性、公正性。面對(duì)惡劣天氣和復(fù)雜地形情況，無(wú)法及時(shí)派出人員和船只，無(wú)人機(jī)可替代進(jìn)行遠(yuǎn)程執(zhí)法監(jiān)控，并將執(zhí)法過(guò)程傳輸保存，便于執(zhí)法存檔。

3.河湖長(zhǎng)制管理

利用無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)拍攝測(cè)繪數(shù)據(jù)可精確生成河道湖泊正射影像及數(shù)字高程模型，建立河道湖泊地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并合成實(shí)景三維模型，生成河道水域岸線三維信息，以明確河長(zhǎng)管理責(zé)權(quán)范圍、河道狀況，為制定“一河一策”方案提基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。日常可通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)巡查對(duì)比反映河道整治措施，深度發(fā)掘管理漏洞、反饋形成機(jī)制問(wèn)題，為河長(zhǎng)制進(jìn)一步管理決策提供依據(jù)。

4.水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)

根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)要求，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)可切換搭載多光譜成像儀、水質(zhì)采樣儀、夜視系統(tǒng)等模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)情況的全方位巡查監(jiān)測(cè)，目前的無(wú)人機(jī)多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀可短時(shí)間內(nèi)生成高清晰數(shù)據(jù)圖像和葉綠素、水體濁度、藍(lán)綠藻等多種檢測(cè)數(shù)據(jù)。另外，污染事故發(fā)生后，無(wú)人機(jī)多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀可快速提供水體污染狀況變化，用于環(huán)保部門快速響應(yīng)和處置決策。

日常巡查可實(shí)時(shí)生成多光譜圖像，直觀甄別排污口、污染源、可見漂浮物等，測(cè)繪水體透明度、漂浮物覆蓋、污染狀況等信息圖像，為24 h水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)支持，并通過(guò)對(duì)比歷史數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)地區(qū)水質(zhì)變化情況。如遇突發(fā)水質(zhì)問(wèn)題，可迅速追尋污染源，遠(yuǎn)程進(jìn)行水質(zhì)采樣，克服人工實(shí)地采樣的困難，實(shí)時(shí)定位功能還可以及時(shí)引導(dǎo)執(zhí)法人員跟蹤水質(zhì)污染擴(kuò)散。利用無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)促進(jìn)了監(jiān)測(cè)高效化和精確化，達(dá)到監(jiān)測(cè)現(xiàn)代化。

5.防汛應(yīng)急指揮

專業(yè)無(wú)人機(jī)最高能對(duì)抗8級(jí)大風(fēng)，起飛環(huán)境和天氣要求低，對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)迅速，能到達(dá)人員和船只無(wú)法抵達(dá)的危險(xiǎn)區(qū)域。利用無(wú)人機(jī)搭載的攝像、紅外、激光雷達(dá)、多光譜設(shè)備等監(jiān)控及任務(wù)載荷模塊，可實(shí)現(xiàn)在空中對(duì)復(fù)雜地形進(jìn)行全方位、多角度、立體式偵查，實(shí)時(shí)掌握河道及周邊淹沒情況，準(zhǔn)確定位受災(zāi)群眾，并通過(guò)連接視頻一體化系統(tǒng)傳遞現(xiàn)場(chǎng)影像，防汛控制中心及現(xiàn)場(chǎng)救援人員可據(jù)此實(shí)時(shí)掌握災(zāi)情態(tài)勢(shì)、險(xiǎn)情位置等重要信息。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)可以為抗洪救災(zāi)快速反應(yīng)提供信息保障，提高現(xiàn)場(chǎng)救援指揮、災(zāi)情偵測(cè)及防汛搶險(xiǎn)反應(yīng)能力。

根據(jù)實(shí)際汛情需要，無(wú)人機(jī)可搭載喊話器、拋投、照明設(shè)備等荷載模塊，有效指導(dǎo)受災(zāi)群眾行動(dòng)，及時(shí)安撫受困群眾情緒并投送救生物資，為保障受災(zāi)群眾生命安全提供有力支撐。

三、易存在的問(wèn)題及展望

1.飛行安全問(wèn)題

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)民航飛機(jī)較低，操控人員雖經(jīng)過(guò)培訓(xùn)上崗，但日常操控仍有可能對(duì)周邊安全構(gòu)成威脅，存在一定安全隱患。特別是在市區(qū)河道巡查時(shí)，操控距離遠(yuǎn)，飛行速度快，河道沿線環(huán)境復(fù)雜，周圍人員建筑密集，發(fā)生安全事故導(dǎo)致的后果嚴(yán)重。

2.公共安全問(wèn)題

河湖資料為我國(guó)基本地質(zhì)資料，是國(guó)家信息資源安全的重要組成部分。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)的資料處理存儲(chǔ)為數(shù)字形式，在方便查詢管理的同時(shí)，也易造成當(dāng)?shù)睾雍Y料的外泄，存在一定公共安全風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)資料進(jìn)行妥善管理。

未來(lái)，除了河湖日常巡查、行政執(zhí)法取證、水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、河湖長(zhǎng)制管理、防汛應(yīng)急指揮等，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)將涉足更多領(lǐng)域。隨著行業(yè)法規(guī)的進(jìn)一步規(guī)范和完善、產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)和改造，依托“智慧城市”建設(shè)，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)將令傳統(tǒng)河湖管理煥發(fā)新生。