摘要 在對無人機(jī)和無人機(jī)遙感技術(shù)闡述和分析的基礎(chǔ)上，論述了無人機(jī)在水文監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用背景和需求，針對傳統(tǒng)水文事業(yè)中水資源調(diào)查、水資源用地信息管理、洪澇災(zāi)害、水文監(jiān)測等工作中存在的問題和不足，探討了無人機(jī)在這些方面應(yīng)用的可能性及應(yīng)用優(yōu)勢，提出了無人機(jī)在水文工作中的應(yīng)用方案。 

　　關(guān)鍵詞 無人機(jī)；水文監(jiān)測；遙感技術(shù)；應(yīng)用 

　　中圖分類號 S127；P332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2013）17-0221-02 

　　1 無人機(jī)及無人機(jī)遙感技術(shù) 

　　無人駕駛飛機(jī)簡稱無人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle，縮寫UAV），是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務(wù)設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)，并能重復(fù)使用的無人駕駛航空器[1]。無人機(jī)出現(xiàn)在1917年，早期的無人駕駛飛行器的研制和應(yīng)用主要用作靶機(jī)，應(yīng)用范圍主要是在軍事上，后來逐漸用于作戰(zhàn)、偵察及民用遙感飛行平臺。20世紀(jì)80年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種數(shù)字化、重量輕、體積小、探測精度高的新型傳感器的不斷面世，無人機(jī)的性能不斷提高，應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓展。無人機(jī)與遙感技術(shù)的結(jié)合，即無人機(jī)遙感，是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，具有自動化、智能化、專題化快速獲取國土、資源、環(huán)境等的空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析能力的應(yīng)用技術(shù)。 

　　2 無人機(jī)及無人機(jī)遙感系統(tǒng)特征 

　　無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用成本低，不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)，更適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)，同時，由于具有成本低、損耗低、可重復(fù)使用、風(fēng)險小等諸多優(yōu)勢，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。無人機(jī)遙感技術(shù)作為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有高時效、高分辨率等性能，是衛(wèi)星遙感與載人機(jī)航空遙感的有力補(bǔ)充[2]，與衛(wèi)星遙感和載人機(jī)航空遙感相比，更加方便、快捷，響應(yīng)能力快，其生存力強(qiáng)，對氣候條件要求低，對地形適應(yīng)性強(qiáng)，同時擺脫了重訪周期的限制，能實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，滿足緊急條件下工作要求。無人機(jī)搭載的高精度數(shù)碼成像設(shè)備，具備面積覆蓋、垂直或傾斜成像的技術(shù)能力，獲取圖像的空間分辨率達(dá)到分米級， 適于1∶10 000或更大比例尺遙感應(yīng)用的需求。無人機(jī)可按預(yù)定飛行航線自主飛行、拍攝， 航線控制精度高、操作簡單，對起降的要求低，能實(shí)現(xiàn)遙控、半自主飛行和按預(yù)編航線全自動航行功能，便于掌握和培訓(xùn)。 

　　3 水文監(jiān)測中無人機(jī)應(yīng)用背景及需求 

　　目前，水文事業(yè)面臨新形勢、新任務(wù)，肩負(fù)重大的歷史責(zé)任。洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水污染、水土流失等問題，已經(jīng)嚴(yán)重制約著國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展。要解決好水的問題，就必須調(diào)整治水思路，轉(zhuǎn)變治水方針，從工程水利向資源水利轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變。在這個歷史轉(zhuǎn)變過程中，要把水利信息化放在優(yōu)先的位置。水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)整體水平落后于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，是水文建設(shè)發(fā)展過程中的突出矛盾。信息是水文決策的基礎(chǔ)，是正確分析和判斷水文形勢、科學(xué)地制定水文發(fā)展方案的依據(jù)。由于無人機(jī)低空遙感的高機(jī)動性、高分辨率等特點(diǎn)，使其在水文行業(yè)中的應(yīng)用有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，在洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水環(huán)境污染、河道擁堵等相關(guān)領(lǐng)域上，無人機(jī)低空遙感都能發(fā)揮其巨大的作用。 

　　4 無人機(jī)水文監(jiān)測應(yīng)用及其解決方案 

　　2004 年7月，暴雨引起廣西桂平市蒙圩鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害，馬輪基等人進(jìn)行無人機(jī)遙感監(jiān)測調(diào)查，第一時間得到了洪澇區(qū)、退水區(qū)、非洪澇區(qū)等信息的遙感圖，創(chuàng)造國內(nèi)首次利用自控微型無人駕駛飛機(jī)對洪澇災(zāi)害的遙感監(jiān)測的紀(jì)錄[3]�；�于無人機(jī)攜帶方便、操作簡單、反應(yīng)迅速、載荷豐富、任務(wù)用途廣泛、起飛降落對環(huán)境的要求低、自主飛行等特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的水資源調(diào)查、水域覆蓋面積調(diào)查、水資源用地信息管理、水域警戒線分析、洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水庫蓄水水位監(jiān)測、水資源工程動態(tài)監(jiān)測、河流水文監(jiān)測、水域排污、水面清潔監(jiān)測、重要水利設(shè)備和設(shè)施安全監(jiān)測、水庫和壩區(qū)的周邊環(huán)境監(jiān)測水資源巡查成圖等方面，均可以得到應(yīng)用。 

　　4.1 水資源調(diào)查、水資源用地信息管理、水資源巡查成圖 

　　傳統(tǒng)水資源調(diào)查、用地信息管理和水利巡查成圖中，多用人工的方式進(jìn)行調(diào)查，勘查人員攜帶相機(jī)從高處向河流拍照、乘船的方式對水資源面積調(diào)查。此種方法無法快速精確的執(zhí)行勘測測量。在進(jìn)行這些工作的過程中，可以充分結(jié)合無人機(jī)的特點(diǎn)，利用無人機(jī)對所需監(jiān)測對象進(jìn)行航拍，巡視，通過大范圍飛行快速巡查，第一時間掌握水利資源調(diào)查信息。通過航拍測繪掌握地面水資源用地信息以及水資源調(diào)查成果，地面工作站根據(jù)實(shí)時航拍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以清晰分析水資源的實(shí)時動態(tài)，后期制作電子版或相片成果圖，生成水資源巡查成圖。提高了水資源調(diào)查小組戶外調(diào)查辦事效率，快速準(zhǔn)確的為水資源面積、水資源地理信息和后期制作水資源巡查成圖提供了不可代替的作用。 

　　4.2 洪澇災(zāi)害、干旱缺水、水域覆蓋面積調(diào)查、水域警戒線分析 

　　傳統(tǒng)的洪澇災(zāi)害發(fā)生后，多利用直升飛機(jī)在受災(zāi)區(qū)域上空進(jìn)行航拍監(jiān)控以及拍攝洪水覆蓋面積，當(dāng)遇到大面積干旱缺水的災(zāi)害，定損工作一般采取人工定損方式，定損作業(yè)效率緩慢。水域警戒的辦法通常是以人工坐船的方式進(jìn)行水深劃分，沒有鳥瞰圖進(jìn)行具體詳細(xì)的劃分。這些做法在洪澇災(zāi)害發(fā)生時無法快速應(yīng)急，人工拍照角度沒有鳥瞰圖立體，同時因?yàn)槎〒p面積大，人工作業(yè)緩慢。此種情況下可利用無人機(jī)快速從空中俯視蓄滯洪區(qū)的地形、地貌、水庫、堤防險工險段，遇到險情時，無人機(jī)可克服交通等不利因素，快速抵達(dá)受災(zāi)區(qū)域，并實(shí)時傳遞現(xiàn)場信息，監(jiān)視險情發(fā)展，為防汛決策提供準(zhǔn)確的信息。無人機(jī)在抗旱監(jiān)察工作中，可以避免人員深入田間地頭，及時了解每個地區(qū)、每個灌區(qū)的水源儲量，科學(xué)調(diào)度水庫蓄水，做好蓄水抗旱工作，同時還充分掌握外河、外湖及內(nèi)河水位變化情況。無人機(jī)的使用，特別適用于突發(fā)事件應(yīng)急管理，大大降低了防汛抗旱工作人員承擔(dān)危險工作的風(fēng)險概率、提高了工作效率。能快速的為大型水庫進(jìn)行航拍包括水域覆蓋面積調(diào)查、水域警戒線分析，通過航拍實(shí)時監(jiān)測可以清晰了解水域面蓋面積、通過航拍成圖劃分水域警戒線，并找到對應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行圍欄劃分。提高了處理緊急預(yù)警突發(fā)事件和災(zāi)害的辦事效率，快速準(zhǔn)確的為受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行航拍、定損，為救援人員提供寶貴的搜救信息。 　　4.3 水庫蓄水水位監(jiān)測、河流水文監(jiān)測、水資源工程動態(tài)監(jiān)測 

　　在傳統(tǒng)的水庫蓄水水位監(jiān)測、河流水文監(jiān)測、水資源工程動態(tài)監(jiān)測中，勘查人員攜帶相機(jī)在大壩圍欄上對水庫浮標(biāo)進(jìn)行拍照取證來獲得水位信息、人工乘船的方式對上下游河流水文情況進(jìn)行監(jiān)測。在監(jiān)測過程中，若遇到大面積河流污染無法精確的執(zhí)行水質(zhì)監(jiān)測，同時會因?yàn)樽鳂I(yè)面積廣闊，人工監(jiān)測調(diào)查緩慢。此時，利用無人機(jī)則可以快速對所需監(jiān)測對象進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，特別水庫邊緣區(qū)環(huán)境比較惡劣的地段，無人機(jī)可操控自如的完成監(jiān)測任務(wù)。通過對上、下游河流快速巡查，第一時間掌握水文情況，特別是大面積的河流污染。 

　　4.4 重要水資源設(shè)備、設(shè)施安全監(jiān)測，水庫、壩區(qū)周邊環(huán)境監(jiān)測 

　　在傳統(tǒng)的水資源設(shè)備、設(shè)施安全監(jiān)測，以及水庫壩區(qū)周邊的環(huán)境監(jiān)測中，也多是采用人工乘船、徒步的方式進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測人員攜帶相機(jī)、DV、望遠(yuǎn)鏡對水利設(shè)備設(shè)施進(jìn)行巡檢，水庫、壩區(qū)周邊環(huán)境一般采取徒步的方式進(jìn)行定期巡查。也同樣存在調(diào)查緩慢、無法快速精確完成監(jiān)測任務(wù)的問題。利用無人機(jī)快速對重要的水資源設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，定點(diǎn)實(shí)時監(jiān)控、巡視，特別水庫邊緣區(qū)環(huán)境比較惡劣的地段，可以方便的完成監(jiān)測任務(wù)；當(dāng)遇到水資源設(shè)施出現(xiàn)故障停止作業(yè)的情況，利用無人機(jī)能快速做出應(yīng)急反應(yīng)，對水資源設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，通過地面站發(fā)現(xiàn)可視故障問題。通過無人機(jī)空中懸停實(shí)時監(jiān)控掌握大壩進(jìn)水區(qū)和出水區(qū)實(shí)時動態(tài)信息，地面工作站根據(jù)實(shí)時航拍監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可以清晰分析大壩在工作中的實(shí)時動態(tài)，能夠快速準(zhǔn)確的為水利設(shè)施設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，解決了人工作業(yè)緩慢和不能及的缺陷[4]。 

　　5 參考文獻(xiàn) 

　　[1] 呂厚誼.無人機(jī)發(fā)展與無人機(jī)技術(shù)[J].世界科技研究與發(fā)展，1998（6）：113-116. 

　　[2] 金偉，葛宏立，杜華強(qiáng)，等.無人機(jī)遙感發(fā)展與應(yīng)用概況[J].遙感信息，2009（1）：88-92. 

　　[3] 馬輪基，馬瑞升，林宗桂，等.微型無人機(jī)遙感應(yīng)用初探[J].廣西氣象，2005，26（S1）：180-181. 

　　[4] 陳雷.在全國水利信息化工作會議上的講話[EB/OL].（2009-04-29）[2013-07