無人機在水利工程中的應用研究

張輝 郭志毅

一、無人機遙感技術(shù)

無人機遙感技術(shù)集無人駕駛、遙感傳感器、遙控、通訊、定位于一體，最大程度地實現(xiàn)了自動化與智能化，可根據(jù)系統(tǒng)設定，自動獲取相應數(shù)據(jù)，并進行分析。由于遙感技術(shù)適應程度較強，加之無人機的機動性較高，即使在環(huán)境惡劣的地區(qū)也可進行測量工作，大大提高了工作效率。然而，目前遙感技術(shù)還存在一定問題，由于無人機系統(tǒng)裝載量有限，無法使用高科技測量儀器，傳輸圖片會存在不同程度的模糊現(xiàn)象，導致方案設計與實際情況存在出入。針對此種現(xiàn)象，要求專業(yè)人員在飛行開始前，應仔細檢查相機與機身連接是否牢固，保證在飛行過程中相機始終保持在同一位置，提高測量結(jié)果穩(wěn)定性。

二、無人機在水利工程中應用的優(yōu)勢及缺陷

（一）優(yōu)勢

無人機最顯著的優(yōu)點就是造價低，不需要昂貴的維修費用，保養(yǎng)工作也較為簡單。由于無人機不需要駕駛?cè)藛T，所以可全天候待命，能夠深入到地理環(huán)境較差位置工作，避免不必要的人員傷亡，只要控制系統(tǒng)設定在合理范圍之內(nèi)，遙控人員技術(shù)熟練，無人機便可做到全時段作業(yè)。

（二）缺陷

無人機利用遙控與感應技術(shù)完成測量作業(yè)，若在飛行過程中受到外界無線電干擾，就會使遙控系統(tǒng)出現(xiàn)混亂，造成地面與空中失去聯(lián)系，從而出現(xiàn)飛行事故。若測量數(shù)據(jù)過大，則會導致傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)延遲，從而影響作業(yè)速度。此外，無人機飛行高度會受到氣流限制，若在大風或強氣流的天氣進行飛行作業(yè)，很可能導致飛機偏離原定路線。

三、無人機在水利工程中的應用

（一）圖像獲取

在水利工程實際建設過程中，需要用多種設備來保障前期測繪精準度，例如，操作平臺、定位系統(tǒng)、影像分析儀、相機等。無人機在應用過程中，能夠做到集多種設備技術(shù)于一身，并且其自身軟件處理系統(tǒng)也較為多樣，包括圖像分析與處理、實時定位等。同時，通訊系統(tǒng)也是支撐無人機正常飛行的重要手段之一，利用飛行通訊系統(tǒng)，可直接將無人機運送到指定位置，操作人員根據(jù)建設需要，可針對性取樣拍攝。飛行通訊系統(tǒng)還可進行規(guī)劃航線、記錄飛行航程，以及監(jiān)測飛行姿態(tài)等工作，可將數(shù)據(jù)記錄在任務儲存艙中，并通過傳輸系統(tǒng)實時傳送到地面。此時，地面操作平臺便可根據(jù)所得數(shù)據(jù)，進行航線制定和影像接收。在實際操作過程中，相關(guān)人員應根據(jù)工程設計需求選擇合適設備，在保證影像清晰度的同時，提高傳輸速度，從而為后期建設工作開展提供相應支持。

（二）地形勘測

水利工程在建設過程中受地形影響，測繪工作十分困難。使用無人機進行測繪，可有效解決由于地形復雜帶來的各種問題。無人機遙控系統(tǒng)不僅能準確測量數(shù)據(jù)，而且還具有成本低、節(jié)約人力資源的特點，能對地理環(huán)境展開動態(tài)分析，同時觀測地質(zhì)變化，并將測得數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)降孛?，從而為測繪工作順利開展提供基礎。當?shù)刭|(zhì)條件不利于工程開展時，無人機任務艙會根據(jù)設定系統(tǒng)，及時向地面發(fā)出預警信息，工程設計師可根據(jù)此項數(shù)據(jù)，及時修改設計方案。

（三）數(shù)據(jù)分析

在水利工程實際測繪過程中，由于風速以及氣流影響，會導致鏡頭位置改變，從而造成影像不清晰或不可用。為減少此類現(xiàn)象發(fā)生，提高影像質(zhì)量，需要相關(guān)人員在飛行過程中，及時調(diào)整異常參數(shù)，以便正確獲取數(shù)據(jù)。在處理所得數(shù)據(jù)的過程中，需要測繪人員準確尋找影響參數(shù)畸變的原因，并做出針對性處理，例如為提高影像匹配程度，可先將影像獲取范圍縮小，使用定點匹配方式，匹配完成后，測繪人員便可根據(jù)實際情況，向地圖內(nèi)加入新坐標點，確保匹配精準度。

（四）工程數(shù)據(jù)測量

在水利工程實際測繪過程中，需要全方面地對地面、地下、橫截面等數(shù)據(jù)進行測量，準確掌握平面數(shù)據(jù)，為地勢較低的水利工程建設提供保障。但在山區(qū)進行工程建設時，由于其地勢地形多變，無人機著陸與起飛點較少，遙感技術(shù)很難在此發(fā)揮出真正作用；同時因水文類型復雜，傳統(tǒng)的測量手段也很難為工程提供精準數(shù)據(jù)。針對此種現(xiàn)象，操作人員可在工程規(guī)劃地附近為無人機尋找安全區(qū)域，在正式飛行工作開始前，應進行充分的意外準備工作，以及試飛實驗，從而確保飛行環(huán)境相對安全。

（五）工程質(zhì)量監(jiān)測

水利工程在建設過程中，應嚴格按照設計標準與建造質(zhì)量標準開展實際建設工作，否則會對項目使用周期造成影響。尤其是水壩的牢固程度，若不遵守質(zhì)量建設規(guī)范，可能會導致水壩攔截效果不理想，從而出現(xiàn)泄漏，嚴重影響水利設備運行，甚至對工程周邊居民生命安全造成威脅。使用無人機遙控技術(shù)，可對水利工程進行嚴密監(jiān)測，相關(guān)單位應定期派遣專業(yè)人員進行工程質(zhì)量檢測，探測水利設施承載力，以及周邊環(huán)境是否會對設施造成影響，若發(fā)現(xiàn)危險因素，應及時進行質(zhì)量監(jiān)測，實施維修工作。

四、無人機操作方法

一是根據(jù)探測點設計飛行航線。無人機準備工作結(jié)束后，操作人員應再次檢查相機牢固程度，并在安全區(qū)域內(nèi)等待適合飛行的時機，從而進行試飛。試飛結(jié)束后，操作人員應檢查傳輸圖像清晰度。二是進行圖像控制測量。此種方法適用于緊急拍攝作業(yè)，由于其圖像數(shù)據(jù)小，所以能在限定內(nèi)存中儲存大量圖像。此外，此種方法在測量工作中，匹配點較多，但相對于普通測量方法來說，其匹配點更為均勻，辨識度較高。三是進行空中三角測量。在實際測繪工作開展過程中，空中三角測量起到重要作用。由于空中風力較大，風向變化較快，在飛行作業(yè)中，若旋轉(zhuǎn)點掌握不好，則會對圖像匹配點造成一定影響。因此，需要操作人員結(jié)合實際氣候因素展開分析，減少測量結(jié)果誤差。四是進行數(shù)據(jù)分析。為得到準確的地形信息，應將空中三角測量結(jié)果輸入到專業(yè)工具中，系統(tǒng)會根據(jù)規(guī)定地形符號進行計算，從而為設計師提供準確數(shù)據(jù)。

五、結(jié)論

目前，無人機遙感研發(fā)技術(shù)正在逐漸走向成熟，越來越多的技術(shù)手段被應用到無人機中，擴大了無人機適用范圍。在水利工程建設過程中，相關(guān)人員應積極使用無人機遙感技術(shù)，為水利工程測繪和管理工作提供精準的數(shù)據(jù)支撐