无人机在水文应急监测中的应用探讨

宋 冰

(黑龙江省水文局，哈尔滨 150001)

推广应用

无人机在水文应急监测中的应用探讨

宋 冰

(黑龙江省水文局，哈尔滨 150001)

当前无人机已经发展成一门综合性现代化信息采集技术，具有结构简单、起降灵活、操控便捷、应急性强，更具有高效率、低成本、低损耗、风险小、易保养、可重复使用等诸多优势。水文应急监测一般都是随机性大、危险性高、监测面广，常规监测手段很难达到预期效果。文章探讨无人机在水文应急监测领域的应用前景和需求。

无人机技术；水文应急监测；遥测遥感

0 引 言

中国地域辽阔、河流众多，是一个自然灾害类型较多，发生频率较高的国家。存在着洪涝灾害、干旱缺水、水环境污染三大水问题。水文监测工作是国家的重要基础工作，随着我国经济的飞速发展和应急处理机制的完善，要求水文信息采集的时效性和准确性越来越高,收集范围越来越大，水文应急监测比以往更加重要。

当前无人机技术已经发展成一门综合性现代化信息采集技术，具有结构简单、起降灵活、操控便捷、经济适用、应急性强、搭载能力大等特点，对处理随机性大、危险性高、监测面广的水文应急监测起到重要的作用。

文章仅对无人机技术在水文应急监测上的应用进行探讨。

1 无人机简介

无人机系统(Unmanned Aircraft System，缩写UAS)，是由无人飞行设备及控制系统(包括控制站、数据传输系统、通讯系统、遥测系统、导航系统等)组成，是一种搭载相关任务设备并在可控情况下能够自主完成飞行任务的不载人航空器，一般按翼型可分为固定翼无人机与旋翼无人机。无人机具有高效率、低成本、低损耗、低风险、易保养、可重复使用等诸多优点。

无人机做为搭载平台，能携带多种设备、执行多种任务。如可搭载高分辨摄像头、测绘设备、红外传感器、激光传感器等，是集无人机技术、通讯技术、遥测遥控技术、GPS差分定位等综合性现代化信息技术。

可以进入交通不便或者危险区域进行探测及监测，避免了人员危险。也可利用无人机划定某固定区域作重点航测。当搭载高精度数码成像设备进行多角度多航次获取任务区地形地貌数据，测量的数据成果可进行实时传输，并利用计算机对影像信息进行处理，按照一定精度要求制作成三维效果图像，满足航空摄影、遥控遥测、实时传输和三维电子影像处理等强大功能。另外，水文部门大力研究无人机的应用，如把激光测速仪搭载在旋翼无人机上，可悬停航测水面流速等。

2 无人机在水文应急监测中的应用

水文应急监测一般都是危险性高、随机性大、监测范围广，共同特点是“急、险、难”，如突发暴雨洪水、分洪溃堤、地震堰塞湖、冰塞冰坝和水质污染等类型繁多。

2.1 洪水灾害应急监测

以往在灾害发生后，因技术条件限制只能人工查勘受灾区域情况，收集信息的局限性大、信息面小，很难满足决策需求。即便在紧急情况下，一般也只用人工乘车、船到现场或者使用大型直升机悬空方式监控洪涝区域，但这些方式相对成本高、人员危险系数大、应急响应不及时。但如果采用固定翼和多旋翼无人机相互结合使用，便能够解决此类问题，无人机可多角度的从空中拍摄洪涝区域情况，实时把受灾情况和水文信息传输到现场，地面工作人员可通过计算机对大量的实时遥感信息进行快速分析，并计算水文信息变化情况，为应急救灾等工作提供及时、准确的信息支持。

2.2 堰塞湖应急监测

堰塞湖多由地震、滑坡、泥石流或火山熔岩流等自然地质灾害引起山体滑坡，堵截河床而形成的。堰塞湖危害极大，不但淹没上游地区，而且有些堰塞体极不稳定，对下游形成垮坝式的洪灾。为了分析预报堰塞湖天然坝的稳定性，有针对性地做好灾害预案，必须对堰塞湖及时进行水文监测。由于堰塞湖发生地方特殊，很多地方人员很难到达。在堰塞湖形成初期，可以利用无人机拍摄低空影像资料，利用 GIS技术建立堰塞湖上下游的地理地貌几何模型，对建立堰塞湖蓄水预报方案、溃坝洪水演进模型和洪水风险图等起到关键性作用，为处置应急灾害提供有力技术支撑；在堰塞湖蓄水期，可利用无人机获取影像信息，根据这些快速、及时、量多的图像资料，提取堰塞湖库区的淹没状态、回水面积、蓄水量等重要水情信息，形成动态的水情演变趋势；在堰塞湖泄流或突然跨坝时，可以利用无人机搭载雷达测速装置，实时监测出口流量。

2.3 冰凌应急监测

凌汛是河道水灾的一种特殊形态，严重时形成冰坝。冰坝严重堵塞河道，使水位壅高，造成上游区域受淹。当冰坝承受不住上游河段的冰和水压力时，造成自然溃决，洪水伴随冰凌突然下泄，对堤防、建筑物破坏非常严重。我国的北方大江大河，如黄河﹑黑龙江﹑松花江﹑嫩江等非常容易形成冰坝。由于冰坝形成的河段长、流冰期危险性高，水文监测难度非常大。

在冰坝形成期间，利用固定翼无人机航拍河道水流平面图，采用专用软件量测冰面面积和过水断面面积，从而实时计算冰花疏密度和冰流量，由于无人机比人工方式提供的信息量大、快速及时，对形成冰坝动态预测非常重要；在冰坝的破除期间，可以利用无人机监测爆破口的状态情况，计算分析泄流成果，为决策提供重要水文监测依据。同时也可以利用多旋翼无人机，实时监测重要工程、险工弱段的破坏情况。

2.4 分洪应急监测

蓄滞洪区是江河防洪体系中的重要组成部分，是保障重点地区防洪安全，减轻灾害的有效措施。蓄滞洪区启动后水文监测对淹没灾害评估、意外抢险非常重要，监测内容主要包括分洪水量和淹没范围。在分洪初期，分洪流速非常大，常规设备很难接近，可以采用多旋翼无人机搭载雷达测速仪，实时测量水面流速，计算实时分洪流量。淹没范围测量就是利用无人机低空航拍功能，按设计好的航线进行航拍，解析出各时段的淹没范围。

3 结 语

无人机这种先进的现代化综合信息技术平台，已在各行业充分展示了其独特的应用能力。在水文行业中特别适用于水文应急监测、突发事件应急监测，大大降低了勘测人员承担危险工作的风险概率。所采集的数据是对传统遥感技术和常规地面观测的补充，在水文应急监测领域应用前景广阔。随着计算机技术、航空技术、通信技术的不断发展，无人机将是未来水文监测的重要工具。

[1]孙毅，王英勋.无人机驾驶员航空知识手册[M].北京：中国民航出版社，2014(10)：15-25.

[2]金伟，葛宏立，杜华强，等.无人机遥感发展与应用概况[J].遥感信息， 2009(1)：88-92.

Application of UAV in Hydrological Emergency Monitoring

SONG Bing

(Heilongjiang Provincial Hydrology Bureau，Harbin 150001,China)

At present，UAV has become a comprehensive and modern information collecting technology with superiorities of simple structure，flexible rising，convenient operation，strong emergency，also the characteristics of high efficiency，low cost，low consumption，small risk，easy care and re-use etc.Hydrological emergency monitoring is large of randomness，high of danger and wide of monitoring range，conventional ways are difficult to realize the effects predicted. The paper explores the application prospects and requirements of UAV in the field of hydrological emergency monitoring.

UAV technology; hydrological emergency monitoring; remote metering; remote sense

1007-7596(2016)12-0125-02

2016-11-28

宋冰(1988-)，男，黑龙江海伦人，助理工程师。

P335

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