无人机在水利、海事领域的解决方案

第一页无人机水利、海事巡查和农业测绘解决方案第二页一、前言无人机作为一种新的遥感监测平台，无人机的测绘系统有很多的优势,其中就包括实时性、低成本、响应快、灵活度高等特点。与普通的航空遥感相比,无人机有很多的优势,它可以在低空取得光学图像、地址地形图像,这一点有着其他测绘和监测方式不能取代的作用。无人机技术也逐渐的成为水利、海洋管理部门获取数据的重要手段。无人机搭载高清相机，按照预定航线自主飞行，实时提供高分辨率的影像数据和低空视频，为水利部门河道岸上垃圾、河中水草、取排水口、水面污染、河岸违建、水上船屋、桥边堆积物等情况以及海事部门围填海监管、无居民海岛巡查、岸线巡查、滩涂违规网具巡查和防灾减灾等工作提供可靠判断依据。“无人机数据管理平台”为水利、海洋与渔业管理部门提供完善的无人机遥感数据管理方案，能够实现无人机采集的二三维影像、地形、矢量、视频、照片、倾斜实景模型和人工模型数据展示、查询、编辑、空间分析、多时相对比、测量、信息标绘等业务功能，解决了无人机巡查数据管理混乱的问题，强化了无人机数据应用分析能力，实现无人机数据政府共享，进一步提升无人机大数据应用价值。第三页二、无人机自动巡查1.巡河照片的查看无人机巡河/巡湖指通过无人机实时查看和传输河道污染源和水质变化等情况。巡查的内容包括：杂草、水面漂浮物、杂船、排污口、采砂取土、围垦湖泊、涉水建筑等。人工巡查一般一天最多巡查20公里河道，而且一些河道环境复杂，车船都无法驶入，巡查不便且成本高。无人机巡查不止效率高，更重要的是，巡河不再有盲区，过去看不到、到不了的地方都在监控中，河道保洁巡查实现了全覆盖。首先，无人机飞回来一大堆杂乱无章的照片，使用软件的照片生成轨迹功能只要是带有地理位置的照片，就能够在软件里面自动生成拍摄的轨迹，将照片和位置信息匹配起来，想要快速地找到某个照片，点击影像上相应位置即可。对于不带坐标信息的照片，软件也支持pos信息写入照片。第四页2.在正射影像上标绘监测成果水利监察应用最多的是在高清影像上进行标绘描图，这时候照片不够用了，就需要用到无人机正射影像。正射影像首先生产快速，无人机巡河需要周期性的作业，比如每月一次，使用Pix4D这样的自动化数据处理软件能够快速生产出正射影像，无需专业操作员；另外，正射影像的分辨率高，能够达到厘米级，用于河道监测一看就知道河道上有什么问题。2.1河道基本信息及问题点标绘使用最基本的点、线、面，把某河长管辖区域、发现的污染、违规建筑等标记出来。软件的标绘功能包含了插入节点、删除节点、中断后继续绘制、分割线面等工具，帮助更精确、更便捷地标绘。标绘的同时，能够实时分析长度、面积等信息。第五页2.2河道蓝线标绘蓝线是指河道工程的保护范围控制线，范围包括河道水域、沙洲、滩地、堤防、岸线等以及河道管理范围外侧因河道拓宽、整治、生态景观、绿化等目的而规划预留的河道控制保护范围。在软件中可以通过先创建缓冲区、再线面互转的方式非常方便地绘制河道蓝线。3.生成巡河成果报告3.3录入属性信息标绘完成后，可以对标绘对象进行属性编辑，将河道监测的信息，比如发现时间、发现人、问题表述等，与标绘对象关联起来，便于后续管理。属性信息支持文字、图片等多种格式。3.4SHP属性表编辑将标绘的图层另存为SHP格式，再重新加载到软件，就可以任意增加字段编辑属性表，把巡河成果形成一个报告表格，便于汇报工作。第六页三、无人机数据管理平台1.导入系统自动识别时间、位置、轨迹将影像数据导入无人机巡查成果管理系统，能够自动识别出拍摄时间，并根据位置信息叠加在影像地图上，显示出无人机飞行的轨迹，内业检查照片工作更高效。视频播放与地图上的飞机拍摄位置同步变化，便于快速确认问题所在位置。第七页2.对分界点、污染点、违法点进行标注正射影像的分辨率高达厘米级，可以轻松判别河道、路面、管道上的污染点和违法行为。使用基本的点、线、面标绘出来，可以查看分布图，可以根据关键字查询定位。支持对标绘对象进行属性编辑，将无人机巡查的信息，比如巡查时间、问题表述等，与标绘对象关联起来，便于后续生成巡查报告进一步管理。3.追溯历史巡查影像多期对比系统根据按照时间、位置等关键信息建立巡查历史影像档案，在需要的时候可以随时对巡查历史影像进行查询，对比多期影像，为工作统计、巡查路线分析等等提供决策的数据依据。第八页4.自动生成报告建立巡查问题台账支持自动生成报告，详细说明每一次巡查的时间、位置、问题统计、问题清单，支持输出pdf和doc，支持微信查看分享。帮助企事业单位建立巡查问题台账，发现存在的问题和隐患，制定对应政策整改。第九页四、无人机水利行业应用近年来，水资源污染越来越严重。目前我国水质监测主要依靠人工监测和无人船监测，人工监测需要实地采样，周期很长且需要消耗大量人力物力。目前最新出现的水质监测船也有一定缺陷，如在水面收到严重污染或有大量漂浮物使无人船会受到阻碍和污染，但基于无人机技术的水质监测采样，较好的弥补了上述缺陷，且有助于水质监理的高效化和精确化，提高了水质监测的信息化水平，并最终达到水质监理监测自动化、信息化和现代化的目的。1.水质抽样检测以往的水质检测，是利用人工进行，划船到湖中间取水采样，不仅花费大量人力物力，而且耗费时间长，工作效率低。无人机具有良好的稳定性和操控性，定位准确、起降灵活，安全性高，可在其上搭载采水装置，根据匹配的位置信息点，飞行到湖中央上空后，在距湖面以上两米空中进行取水。有利于节约成本，而且工作效率高，能够快速及时的发现湖水质量问题。2.水域环境动态监测利用无人机技术，对水域实施动态监测，能够查明范围内水域的变化情况，通过掌握的水域基础数据来建立水域调查、水域统计及其他管理制度，逐步实现水域管理的信息化，满足社会经济发展和水域管理的需要。利用水域动态监测结果，建立水域变化及非法水域占用资料，为水利管理提供依据。3.河道巡检无人机因其机动灵活的起降方式、低空循迹的自主飞行方式、快速响应的多数据获取能力，水利部门同过污染家河道岸上垃圾、河中水草、取排水口、水面污染、河岸违建、水上船屋、桥边堆积物等情况。第十页五、无人机在海事领域的应用1.海上巡逻执法、调查取证和应急反应目前海上船舶大型化、快速化趋势已经十分明显，高速船和大型集装箱船舶的航速已超过28km，但海事系统现有巡逻船大部分不能达到此航速。同时，受巡逻船客观条件的限制，利用巡逻船开展巡航存在视程短、反应慢，难以把握整体态势，对违法船舶无法进行持续有效跟踪，对一些违章行为无法继续取证和处理等问题。而无人飞机高速、高效优势可以有效地弥补执法舰船速度方面的不足。尤其是在调查取证和应急反应方面，通过使用无人飞机，可以保证反应的快速性和调查的及时性，防止肇事船舶逃逸，利用机载的摄像、摄影设备还可记录和保存证据，便于调查处理。2.海上搜寻与救助一般海上救助常利用飞机或无人机快速到达现场，并在目标区上空低速飞行进行搜索。可通过机载光制冷红外吊舱对有生目标进行探测，避免了由于人工搜救的不确定性而导致遗漏。光电吊舱的制冷红外传感器可对视野范围内的有生目标和没有温度的物体进行颜色区分，地面站工作人员通过辨识，为救助直升机、舰船指示目标，指挥救助直升机、救助船舶和过往船舶协同实施救助。并且无人机能抗8级大风，能到达许多人员和船只无法抵达的危险区域，可以把高清视频和照片实时传送至监控中心，为有关部门快速处理提供信息保障，利用无人直升机可以大大提高救助成功率。第十一页3.海上船舶溢油、排污监视和应急行动海洋环境保护是当今海洋国家最关心的主题之一。随着海上石油运输量逐年增加，油船趋向大型化，海上船舶溢油风险也不断增加。统计表明，石油是海洋最大的污染源，每年排入海水中的石油有42%是石油运输过程中造成的。为此，各海洋国家纷纷制定溢油应急计划，国际海事组织也通过了相应的决议。随着中国石油进口量的增加和海洋石油开采力度不断加大，对于海洋溢油的实时监测工作显得尤为重要。海上溢油发生后的最初几小时是防止污染扩散及其危害的最佳时机，利用无人机对重要航线、石油开采重要海域进行实时监测，一旦发生原油泄漏，借助机载的多光谱成像雷达对海面进行巡查，专用多光谱成像雷达更可在夜间进行溢油监测。同时，对于逐渐隐蔽化的夜间排污作业行为，无人直升机搭载多光谱成像雷达能够通过违法排污船只排放物体的温度、色值等信息确定排污行为。4.航标的巡检航标是航海保障的主要手段，中国沿海有许多重要的灯塔、灯桩位于孤岛之上，点多、线长、分散，交通不便，补给、维护十分困难。利用无人飞机上的任务设备，实现航标的快速巡检，及时有效地报告航标工作状态情况，避免无目的巡检，可以有效提高航标正常率水平。5.海区航道测量利用航空摄影拍摄地面、水面，获取图像信息，经加工、处理和分析以提取被测对象的空间位置和有关信息的方法，已得到广泛应用，特别是全数字摄影测量方法的应用，使无人飞机进行航空摄影也完全能够满足航空测量的要求。第十二页六、应用案例1.苏州河湖信息化监管案例2017年4月，苏州市水利局以西塘河和七浦塘两条引水通道为试点，率先启用无人机巡查，以快速、高效的视频监控弥补人力巡查的不足，为水事违法行为的发现、取证、处理提供了技术支撑，也为引水调度、蓝藻防控提供重要依据。据介绍，去年以来，市水利部门逐步引入无人机作为新的辅助管理手段，通过地理信息系统、遥感等技术手段的集成应用，对接苏州市水利信息调度系统，为水利信息监测、灾害应急监测提供技术支撑，加快水利信息现代化的建设进程。去年以来，相城区河长制工作取得明显成效，其中最主要的经验做法就是利用无人机巡检手段“挂图督战”。相城区河道无人机巡检拍摄项目的工作流程大致是，由无人机对河湖及部分重点河道进行航拍，然后经过后期巡检影像深加工。“每次无人机巡检完成后，无人机航拍单位对问题特写以及问题点进行提取、定位，制成河湖问题手册，交由区河长办人工审核问题，最后针对问题下发整改单。”航拍巡检的目的主要是严禁破坏航道、严禁非法采砂、严禁电毒炸鱼、严禁围垦湖泊、严禁侵占河道、严禁超标排污。从目前来看，无人机巡检覆盖的河道基本不存在这些问题。“吴中区重点河道的显性问题都是由无人机巡检发现的。”吴中区河长办工作人员徐彬祥告诉记者，无人机巡检覆盖吴中区重要河湖、黑臭河道以及部分镇级河道。截至目前，吴中区16条区重要河道、11座区重要湖泊岸线、44条重点监管黑臭河道、6条镇级河道已经开始实施无人机巡检方案，共计343.153km。苏州市河长办工作人员每天都要制定航拍巡检计划表，根据进度，第三方公司拍摄人员在市河长办巡查人员带领下，在不通知属地管理部门的情况下，直接对全市34条（座）重要河湖沿线进行航空拍摄，“一条（座）一条（座）地拍，不放过一处死角，拍摄的问题全部记录备案。”所有备案的河湖问题将提交给四第十三页级河长，逐一解决，难点问题最后由市级河长进行督办。相对于传统的河道巡检而言，无人机+人工协同巡检新模式，具有携带方便、操作简单、反应迅速、起飞降落对环境要求低等优点，不仅大大提高工作效率，还达到了点位清晰“有图有真相”的效果。2.宁海县水利局开展无人机河道巡查2018年1月10日上午，一架小型无人机在杨溪上空来回盘旋，蜿蜒曲折的河道清晰地呈现在监控仪屏幕上。宁海县首次采用无人机三维成像巡河，以更广阔的视野全方位洞察河流状况，确保监管无死角。据统计宁海县县级河道35条、乡镇级河道108条、村级河道373条河道水系环境复杂，多山地源流型河道。巡河无人机一次可飞行10多公里，其航拍的影像，经过快速拼接，可精确地生成正射影像、超高比例地形数据和实景三维模型，获得河流水域岸线三维信息，为建立“一河一档”提供全面完整的基础数据，还可辅助执法，为河道采砂、弃渣、违建等水事违法行为提供画面证据。下一步宁海县水利局将建立无人机河道巡查长效机制，形成无人机巡河常态化，进一步巩固河湖执法成效。3.深圳市启用海事无人机空中巡航深圳市大鹏湾畔危险品码头林立,休闲船舶作业点星罗棋布中海油LNG码头营运在即,岸线绵延133公里,传统的巡航巡查模式不能完全满足海事安全监管的新求。