无人机遥感监测技术在河道巡查污染监测中的应用研究

庄宝庆，谢锡刚，朱海，华敏伟

（1.无锡市锡山区水利局，江苏 无锡 214000；2.无锡锡东新城商务区开发建设管理中心，江苏 无锡 214000）

0 引言

现如今，我国各地对河道违建及污染监测查询所运用的方式有两种，一是进行人工巡查，需要消耗大量的时间和精力，且无法保证实践操作是否可以完成所工作；二是采用卫星遥感进行调查，虽然覆盖范围较广，应用效率较高，但因为河道所处地理位置过于复杂，卫星遥感影像技术的成本过高，所以在实践发展中会因受多项因素的影响阻碍技术发展。当前，无人机应用情况相关技术在不断创新中取得的优异成绩，将其和卫星遥感影像技术融合到一起，不仅能解决以往系统运行存在的难题，比如说监测数据不完善、传递效率过低、难以满足时间工作需求等，还可以根据河道管理规定范围有针对性的获取疑似违建信息。

1 概述

利用无人机遥感技术进行实景三维巡查。其主要包含任务分为三点：第一，要利用无人机遥感监测获取高清航拍的影像信息，并从中明确河道清河行动排查的违法事项，对已经整治的违法事项提出标记，并明确其所在的具体范围。同样也要标记没有整治的违法事项，并利用无人机拍摄定位，获取相对应的影像模型资料；第二，在巡查期间掌握全新的违法事项，并在航拍影像资料中标记说明，而后利用无人机拍摄获取所对应的影像资料；第三，要掌握每一条河流的分界点，并利用航拍影像资料实施标注[1]。

2 技术路线分析

本文研究的无人机遥感技术，针对河道巡查进行污染监测所涉及到的技术路线分为：

2.1 工作准备

一方面要进行航线设计。这项工作需要根据当前我国对数字航空拍摄提出的规范要求进行研究，并由此明确具体的基准面高程。而拍摄区域要根据检测区域的实际情况进行设计，本文研究的拍摄项目可以选用航测的形式收集数据，且利用一条河流一个测区的方式进行处理，从而保障实践研究数据的有效性。另外，无人机航摄范围覆盖拍摄区域边界，确保航向覆盖超过拍摄边界线的两倍基线，旁向覆盖超过拍摄区边界通常不低于像幅的50%，最低不少于像幅的35%[2]。另一方面要进行飞行空域的报备处理。利用无人机遥感技术进行河道污染的监测处理，属于一项航测项目，要利用无人机获取相关数据。根据我国规定机场进出港方向的50公里以内和进出港左右两边5公里以内、机场周边5公里半径以内都属于禁飞区。同时，军事设备、看守所以及涉密单位上空等都属于禁飞区。由此可见，在正式监测处理前要对禁飞区进行统计研究，从而保障后续工作具有合理性。

2.2 实地航空拍摄

首先要设置航测的范围，这一形状变化是多变的，通常要沿着河道设计，且地面分辨率和图像重叠率能自动生成任务。其次要设置起飞和降落，在地面控制站选择适宜的起飞盘旋区域，将降落区域默认成解锁位置，而后拖动降落盘旋至逆风放向。最后要进行实时监控，在先知差分板自动飞行后，要利用无人机全程遥控，由此实时掌控飞行参数和状态，假设需要调整任务可以实时发送相关命令。

2.3 航片处理

结合如下图1所示的作业流程图分析可知，要进行以下操作：

图1 作业流程图

第一，准备原始资料。这项工作所需要的原始资料涉及到控制点的相关数据、POS数据、影像数据。要想保障原始数据的有效性，在检验期间所获取的影像资料要认真检查是否存在质量不合格的相片。同时，要观察POS数据文件，避免其中的相片号和影像数据相片号不能一一对应，此时只能选用手动调整[3]。

第二，构建工程并导入数据。首先要打开pix4dmapper，选择构建新项目，在弹出的对话框中设定工程属性，选上航拍项目，并输入工程名字，设置相应路径，而后选择Next。其次要添加影像资料。点击添加图像，选择想要加入的影像，这一内容的路径可以不在工程文件夹中，路径不能包含中文，选择Next。最后要设置影像属性。其中涉及到图像的坐标系默认为经纬度坐标；地理定位和方向要从文件中选择POS文件；相机型号要利用软件自动识别影像相机的模型，而后在明确各项设置后进行下一步。

第三，快速检查。由于快速处理的数据结果精度较低，但相应的速度会得到提升，所以快速处理可以在飞行现场运用，能在发现问题的同时有序处理。假设快速处理失败，那么在后续操作可能会出现相同，结果。点击运行选择本地处理，在软件运行结束后要快速处理所获取的影像拼图，并检查相应的质量报告。一般来讲，质量报告主要存在两项问题，一方面是指数据集，另一方面是指相机参数的优化质量。前者在快速处理中会匹配相应的影像，因此只需要保障大部分影像资料都得到准确匹配即可。假设没有就代表飞行期间的相片间的重叠度不高，抑或是相片质量过低；后者初期所获取的相机焦距和计算获取的相机焦距之间误差不能超过5%，不然就代表初期选择的相机模型存在误差，需要工作人员重新调整。

在完成上述操作后，利用无人机遥感技术进行污染监测，还需要对最终获取的成果进行验收处理，注重将相关数据文件上交到有关部门，以此为后续调查研究提供有效依据。

3 基于无人机遥感技术的河道巡查信息系统开发

3.1 关键技术

要想在河道巡查污染监测中合理运用无人机遥感监测技术，最重要的是利用地理信息系统构建相应的巡查监测系统，并在计算机软硬件的支持下，直观呈现河道周边疑似违规的建筑信息。这样不仅能帮助工作人员准确查询违规建筑目标的数据信息，还可以对相关图像信息进行统一管理和定位，以此保障河道巡查污染监测工作可以有序进行。在系统设计期间，要利用B/S架构和数据库储存无人机遥感技术提取的各项信息，并利用JSON、Java Script技术开发设计网页端功能[4]。具体如下图1所示：

图2 系统结构图

在系统设计期间，巡查视频和地图联动都属于运行管理的关键技术之一。换句话说，利用无人机遥感监测技术所获取的河道巡查特定位置，可以在系统地图上进行动态定位，由此帮助系统用户实时更新。为了在系统运行中科学采用所设计的各项模块功能，要在解析视频图像地理位置的基础上，利用时间轴获取所对应的文件信息，并将其储存到系统当中。而利用无人机巡查河道的过程中，要根据Ckplayer监听函数确定现阶段的具体时间，得到所在的空间信息，促使用户可以在实践操作中准确掌握实时变化的位置数据，以此为河道污染检查奠定基础保障。

3.2 系统实现

针对无人机遥感监测技术所获取的图像信息构建完善的数据库，需要利用Microsoft SQL Server2008，地理信息系统服务器是Super Map iS而ver8C。此时，系统在运行期间可以将各地地图的网络切片服务看作是地理地图，促使用户可以随时切换不同的应用模块，且可以在操作中完成基础信息的删减和储存等工作。

从实践角度来看，本文概述系统具有以下功能：首先，巡查河道可以选用无人机、GPS定位、遥感技术等全面掌握监测区域各项数据的变化资料，并运用流媒体技术直接播放相关内容，观看视角可以清晰覆盖河流两岸和周边规定范围；其次，河流定位功能可以让无人机严格按照规定航线进行航拍，同时也可以将所标记污染区域的地理信息传递到系统中，并根据系统内部的矢量图可以调整为网络地图，这样有助于系统用户根据空间分析掌握河流区域的基础信息，比如说名字、所在区域、时间变化等；最后，可以查阅分析违章详情，这一内容会按照表格的方式呈现在系统中，其中涉及到违规建筑的区域列表、坐标等。点击定位好的违章标记，可以直接获取无人机遥感技术所获取的违规拍摄视频和全景图等内容[5]。

4 结语

综上所述，在新时代背景下，随着河道巡查污染监测工作越发复杂，各地在转变传统管理模式的同时，开始利用现代化技术进行创新与优化。无人机作为一种全新的拍摄手段，在实践应用中具有极强的灵活性和高效性，实际成本支出也非常低，将其运用到河道巡查污染监测工作中，不仅能获取清晰且优质的全景视频和图片，还可以根据有关信息对违规污染区域进行逐一排查，并由此找到存在污染区域的地理信息，而后利用地理信息系统对相关内容进行信息化管控。这样既能为河道管理部门决策提供有效依据，又可以进一步优化河道巡查管理的工作效率和质量。因此，在未来建设发展中，各地政府在关注河道巡查工作的同时，还要优先选用无人机遥感监测技术，并结合地理信息系统构建规范化的监测系统，以此从基础上保障河道质量安全。