輕型無人機(jī)在水利項(xiàng)目檢查中的應(yīng)用探析

王延洪，關(guān) 艷，許 麗

（1.水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100032；2.北京政泰隆工程管理有限公司，北京 100036）

我國每年的水利在建、運(yùn)行項(xiàng)目眾多，治理、檢查任務(wù)較重。部分項(xiàng)目位置偏僻、距離長、范圍廣，部分項(xiàng)目地處高山、林地、荊棘叢生等諸多因素長期制約著檢查工作的高效開展。而在水利項(xiàng)目的檢查中，利用輕型無人機(jī)高空、遠(yuǎn)距離、廣視角、快速地拍攝高清晰照片或錄制視頻材料，能方便地為檢查工作提供判定依據(jù)。目前，在河湖四亂整治、河湖水質(zhì)污染治理、水利工程運(yùn)行檢查及防汛搶險(xiǎn)等水利項(xiàng)目的檢查工作中，輕型無人機(jī)發(fā)揮了重要作用。

1 輕型無人機(jī)的構(gòu)成及特性

輕型無人機(jī)，是指同時(shí)滿足空機(jī)重量不超過4 kg，最大起飛重量不超過7 kg，最大飛行速度不超過100 km/h，具備符合空域管理要求的空域保持能力和可靠被監(jiān)視能力的遙控駕駛航空器，但不包括微型無人機(jī)，本文以水利項(xiàng)目檢查中使用的國產(chǎn)某款無人機(jī)為例。

國產(chǎn)某款無人機(jī)整機(jī)重量約1.4 kg，理論上最大水平飛行速度72 km/h，單電池最大飛行時(shí)間約30 min，無干擾、無遮擋情況下最大信號有效距離可達(dá)7 000 m，屬于民用、多旋翼、有條件開放類的輕型無人機(jī)。主機(jī)由動力系統(tǒng)、機(jī)身系統(tǒng)、機(jī)載系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)等構(gòu)成。其中，動力系統(tǒng)包括螺旋槳、電機(jī)和智能電池，機(jī)身系統(tǒng)包括機(jī)架和起落架，機(jī)載系統(tǒng)包括云臺和相機(jī)，圖傳系統(tǒng)包括遙控器和顯示端。

此款輕型無人機(jī)可用遙控器遠(yuǎn)程控制，具備自動返航、視覺定位、障礙物感知、識別和追蹤拍攝對象等功能。配備24 mm低畸變廣角相機(jī)、高精度防抖云臺及1英寸CMOS圖像傳感器，可錄制最高規(guī)格為60幀/s的超高清4K視頻，拍攝2 000萬像素的JPG格式或無損Raw格式照片，基本能夠滿足目前水利項(xiàng)目檢查工作的需要。

2 輕型無人機(jī)在水利項(xiàng)目檢查中的應(yīng)用

2.1 河湖四亂整治情況核查

2018年之前，伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，房地產(chǎn)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生產(chǎn)生活的需要，砂石骨料開采造成河道被開挖的千瘡百孔，河湖岸邊灘地上建筑垃圾、生活垃圾隨處可見，河湖灘地上建設(shè)房屋、種植高大樹木，在湖泊周邊圍湖造田、圍魚塘、建設(shè)廠房等，河湖四亂問題突出，清理整治刻不容緩。水利部2018年7月部署開展全國河湖“清四亂”專項(xiàng)行動，并要求2019年7月全面完成專項(xiàng)行動任務(wù)。

河湖四亂清理整治的監(jiān)督檢查，一方面通過衛(wèi)星遙感比對，另一方面現(xiàn)場抽查復(fù)核。在現(xiàn)場抽查復(fù)核過程中，艱難險(xiǎn)峻、環(huán)境復(fù)雜、徒步難以到達(dá)的地方就利用輕型無人機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核。例如：某公司圍湖占地周邊全是廠房、圍墻和水面，道路不通，行人難以到達(dá)現(xiàn)場，即使達(dá)到現(xiàn)場，手持相機(jī)拍照高度和廣度不足，無法全面形象地反映占地情況。而通過輕型無人機(jī)遠(yuǎn)距離遙控起飛，高空拍攝高清照片，與歷史衛(wèi)星地圖比對，快速準(zhǔn)確地認(rèn)定了非法占地的事實(shí)，充分發(fā)揮了輕型無人機(jī)速度快、廣角拍攝、照片清晰的優(yōu)勢。

2.2 河湖水質(zhì)污染治理檢查

河湖水質(zhì)污染主要來自三方面：一是生活、建筑、工業(yè)垃圾傾倒在河湖岸邊、灘地上，污染物隨著雨洪水等流入河湖；二是生活污水未經(jīng)處理或處理不合格直接流入河湖；三是工業(yè)廢水未經(jīng)處理或處理不合格直接排入或偷偷排入河湖，導(dǎo)致河湖水質(zhì)污染。

河湖岸線長、灘地廣、地形復(fù)雜，人工檢查效率低，而且部分區(qū)域荊棘、樹木、雜草叢生難以靠近，部分排污口又設(shè)置在河湖水面以下或較隱蔽位置，利用輕型無人機(jī)可以在空中快速地巡查某一區(qū)域，并對圖傳顯示端發(fā)現(xiàn)的疑似問題進(jìn)行定位，遠(yuǎn)程遙控降低無人機(jī)高度，對問題進(jìn)行準(zhǔn)確地辨識。

2.3 水利工程運(yùn)行管理的檢查

水利工程運(yùn)行管理的檢查，如小型水庫、南水北調(diào)工程等。小型水庫現(xiàn)場檢查時(shí)，利用輕型無人機(jī)可以快速巡查溢洪道是否通暢、是否有障礙物，通過顯示端近距離查看壩體上下游是否存在裂縫、滲漏，檢查庫區(qū)是否存在違規(guī)養(yǎng)魚，庫區(qū)周邊是否有塌方等。南水北調(diào)中線干線工程建有近千座渠道倒虹吸、跨渠渡槽和上千座跨渠橋梁，利用輕型無人機(jī)巡查渠道周邊是否有滲漏點(diǎn)，渠道邊坡、平臺是否有滑坡、塌陷，在空中近距離查看渡槽、橋梁是否存在裂縫、滲漏等，從而彌補(bǔ)了地面巡查工作存在的不足。

2.4 防汛搶險(xiǎn)檢查

在遭受洪澇災(zāi)害的區(qū)域，利用輕型無人機(jī)查看受災(zāi)情況，迅速查明決堤、潰口位置，配合進(jìn)行受困人員搜救等，為抗洪搶險(xiǎn)工作提供技術(shù)支撐，有助于精準(zhǔn)施策、提高效率、搶占先機(jī)。

3 應(yīng)用中存在的不足

通過近幾年輕型無人機(jī)在水利項(xiàng)目檢查中的使用，發(fā)現(xiàn)輕型無人機(jī)除了具有體積小、攜帶方便、操作靈活、低成本、可靠性高、速度快、檢查范圍廣等優(yōu)點(diǎn)外，還存在一些不足。

3.1 受氣候影響大

輕型無人機(jī)在微風(fēng)晴朗的天氣能夠發(fā)揮其最優(yōu)性能，如遇見大風(fēng)、雷雨和霧霾天氣，無人機(jī)可能無法正常使用。

1）大風(fēng)天氣：一般輕型無人機(jī)可承受的最大風(fēng)速約為10 m/s（五級風(fēng)），當(dāng)風(fēng)速超過10 m/s時(shí)，無人機(jī)將難以控制。

2）雷雨天氣：輕型無人機(jī)在小雨天氣基本能夠正常起飛操控，但相機(jī)鏡頭會因沾滿雨水或霧氣而影響拍攝效果，雷雨、中雨及以上天氣無人機(jī)不但無法正常拍攝，且存在一定的安全隱患，因此嚴(yán)禁起飛。

3）霧霾天氣：輕型無人機(jī)雖然可以正常起飛操控，但是因外界可見度低，相機(jī)拍攝效果受影響較大，使用條件受限。

3.2 飛行距離受限

雖然在理論狀態(tài)下輕型無人機(jī)水平飛行距離可達(dá)7 000 m，但實(shí)際操作中，因受電池電量、周圍建筑物、高壓線、變壓器、高大樹木及山峰等因素的影響，無人機(jī)的可飛行時(shí)間一般不超過25 min，飛行水平距離一般不超過3 000 m。

3.3 限飛區(qū)域

輕型無人機(jī)屬于低空飛行器，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，限飛區(qū)域識別區(qū)是無法飛行或禁止飛行的，如機(jī)場、監(jiān)獄、核工廠區(qū)域等。因此，使用無人機(jī)前要根據(jù)GEO系統(tǒng)（無人機(jī)飛行安全系統(tǒng)）了解和識別限飛區(qū)域情況，避免無人機(jī)失控和觸犯法律。

4 結(jié)語

輕型無人機(jī)在水利項(xiàng)目的檢查中有助于提高工作效率，彌補(bǔ)地面巡查工作存在的不足。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電池技術(shù)的突破可提高無人機(jī)的續(xù)航能力，可搭載的傳感器數(shù)量和種類的增多，可擴(kuò)大無人機(jī)的應(yīng)用范圍，輕型無人機(jī)必將給水利項(xiàng)目的檢查工作提供更加完善的技術(shù)支撐，擁有更加廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。