无人机技术在防汛减灾工作中的应用浅析

张学琴，徐海涛

（章丘黄河河务局，山东 济南 250200）

近年来，无人机技术的发展与完善给黄河防汛减灾工作提供了一种更为高效与精准的技术支撑。在实际应用中，无人机技术能够克服天气与交通等不利因素，高效完成数据的准确采集和实时传输。同时还能弥补传统防汛察险工作成本高、效率低、消耗大、精度差等缺点，具有较高的应用前景与实用价值[1-3]。

1 无人机技术特点

1.1 无人机简介

无人机又称无人驾驶飞机，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作的不载人飞机。其组成包括飞行控制系统、数据链系统、机体、电源系统及发射/回收系统5 部分。飞行控制系统主要用来控制无人机的飞行姿态与航迹；数据链系统对遥控指令进行准确地传输，以保证控制人员与无人机系统之间进行及时有效的传递信息；发射/回收系统保证无人机顺利达到指定的安全高度，并在航拍结束后安全地回落到预设地点[1-2]，从而实现无人机系统的连续重复使用；电源系统主要用来为无人机提供稳定的电能。按照外形结构的不同，无人机一般分为无人直升机、无人多旋翼飞行器及无人固定翼机3 种。无人多旋翼飞行器具有操作平稳、对场地要求低等优势，在黄河防汛减灾工作中得到了较为广泛的应用。

1.2 无人机技术的主要特点

1）测量精度高。无人机作为低空飞行器，其飞行高度约为30～500 m。无人机飞行拍摄的测量精度为亚米级，精度范围为0.1～0.5 m，符合防汛减灾工作的技术要求。

2）应用成本低，操作灵活性强。无人机所携带的摄影设备价格较低，可以降低工作成本。无人机在飞行过程中受到空间限制与天气状况的影响一般较小，并且对于起飞场地没有特殊的要求，在使用过程中具有较强的操作灵活性。

3）实时性和安全性。无人机飞行过程中可将获取的数据信息实时地传递到防汛指挥中心，以便于防汛指挥部门及时作出决策。在天气及地质条件恶劣的环境下，人工测量往往存在一定的危险，而无人机能够有效地进行规避，从而能够直接获取影像资料。

4）图像分辨效率高，图形可多角度合成。无人机遥感航拍使用的数码成像设备是经过改装的CCD 数字相机，该成像设备可以获取高分辨率的实时地面影像图形。高分辨率的航拍影像可以解决遥感卫星的拍摄盲区，以及由于云层厚度大所造成的无法获取数据等诸多困难。对于较为广阔的航拍区域，无人机可以进行多角度拍摄，并将相关的局部图片采用720°合成技术进行全景的整体检测。

5）覆盖范围广。无人机在人为控制操作的基础之上，可以利用人造卫星对无人机进行辅助控制，从而极大地提高无人机飞行测量的整体覆盖范围。

2 在黄河防汛减灾工作中的应用

无人机技术目前主要应用于航拍黄河地形、观测黄河源区生态景观、监测黄河凌情以及查勘黄河河势等方面。

2.1 航摄黄河地形

2015 年7 月2 日，利用德国天狼星无人机对黄河开封段的赵口水文站区域进行了15 余架次的低空航摄，拍摄区域面积约为1.81 km2，飞行总时间约为6 h。结果表明，利用天狼星无人机航摄技术所得到的黄河地形数据的处理结果，其理论精度和实际精度基本一致。同时，在数据后处理过程中有控制点参与的控制网内部精度值明显高于控制网外部的精度值。

2.2 观测黄河源区生态景观

2010 年10 月，结合高空数字影像采集技术，应用国产神龙260 电动直升型无人机和数码摄像机，对青海省贵南县境内的沙漠地貌、四川省唐克县境内的九曲黄河第一湾以及青海省泽库县境内的草场等区域分别进行了20 余架次的超低空航空观测，观测到了黄河源区沙丘形态、黄河沙草生态交错带、草场钙化壳及黄河沙洲的图像[1、4]。无人机的应用为深入研究和解决黄河源区面临的地貌学和生态学问题开辟了新的技术途径，并且也为黄河上游地区的防灾减灾工作提供了评价依据。

2.3 监测黄河凌情

2009 年3 月，利用固定翼Sky-01C 型无人机在内蒙古杭锦旗至达拉特旗河段的包西铁路桥、独贵镇和新华村等3 处场地进行了20 余架次的监测飞行。2011 年3 月，利用单旋翼Z-3 型无人机在内蒙古三湖河口至包头河段区域进行了16 余架次的监测飞行。2016 年3 月，利用旋翼式大疆Inspire 1 型无人机在内蒙古三湖河口至头道拐河段进行了25 余架次的凌情巡测飞行[1、3]。结果表明，利用无人机技术能够较为准确、全面的获得黄河凌情图像数据，为黄河凌汛的精确预测预报，确保黄河防凌安全发挥积极的作用。

2.4 查勘黄河河势

2017 年10 月，章丘黄河河务局利用无人机对重点河段河势和工程现状进行了5 个架次的低空和超低空观测，并全航程摄录，顺利完成了2017 年汛末河势查勘工作。此次利用无人机查勘重点河势及工程情况，将视角由原来的地面转向低空，工作人员在地面遥控指挥并实时查看拍摄影像，根据需要灵活调整场景、角度，获取了河势、工程等目标区域全方位的影像资料。无人机航拍实时图像更清晰显示出观测河段滩岸平面冲刷和淤积状况。通过截取图像，还可对不同时期观测图像进行对比，分析河道平面冲淤变化，研究河道演变规律。

3 应用展望

3.1 实时数据采集

无人机的携带较为方便，工作人员可以在安全区域内操控其飞行姿势，并且对相关数据信息进行实时的采集和监控。无人机的使用在一定程度上降低监测人员的工作难度，提高防汛抢险中的人身安全保障。遇到洪水险情时，可克服不利的交通因素，快速到达出险地的上空区域，实时传递多角度的影像信息和险情发展情况，为黄河防汛减灾决策提供及时准确的数据信息。

3.2 防汛指挥调度

灾情评估是防洪决策的重要组成部分，需要采用多种渠道对洪水灾害进行准确评估。无人机技术以应急抢险通信作为支撑，可以快速展开工作，并且不受地域和时空的各种限制。无人机的配套设施易于架设，而且适用于重点水库、闸坝和行蓄洪区等防护工程的指挥调度，使决策者可以实时查看指定点的洪水变化与灾区动态的监控视频，分析洪水的水位以及流动范围等信息，便于及时作出正确决策。

3.3 巡堤查险

应用无人机的低空多角度拍摄技术可以有效减少人工巡堤查险工作强度。巡查中一旦发现险情，可进行重点观测，实时反馈险情的动态情况，及时发现险情并采集数据，为控制险情确保工程安全争取宝贵的时间。

3.4 黄河下游滩区和蓄滞洪区通信预警

黄河下游滩区和两岸的蓄滞洪区内因历史原因居住着大量人口，滩区和蓄滞洪区的运用需要将其中的群众迁移至安全地带安置，运用前需要对区内群众发布预警。结合无线区域组网，无人机系统可以向滩区和蓄洪区发布防汛预警，使蓄洪区群众及时地了解汛情发展，及时做好迁移准备。同时，蓄洪区的汛情和群众撤离情况可以通过无人机系统及时地上传到有关部门，以便对蓄洪区内的防汛形势做出正确地分析与判断。

3.5 抢险救援

发生洪水灾情时，可以采用无人机运输急救援包、救生衣及药品等救援物资，为灾区救援提供保障。当在陡峭的峡谷、急流的河段等区域开展救援工作时，无人机可以搭载救援抛绳器直接营救洪水中的被困人员，大大缩短救援时间，提高救援效率。无人机还可以挂载热成像相机，对失踪人员或潜在的生命迹象进行热源跟踪，开展连续的人员搜救任务，为救援搜索工作提供极大的便利。

4 结 语

无人机技术的引入为黄河防汛减灾工作提供了一种便捷高效的技术支撑，在一定程度上弥补了黄河防汛减灾工作作业周期长、人力消耗大以及时效性差等缺陷，相比于传统的观测技术具有广阔的应用前景和实用价值。无人机技术可以在实时数据采集、防汛指挥调度、巡堤察险、行蓄洪区通信预警及抢险救援等多项防汛工作中广泛应用，将为创新防汛工作方式和提高防汛工作效率发挥更大的作用。