无人机河流环境监测解决方案

无人机河流环境监测解决方案由于内陆水体环境复杂、水域面积相对小且污染类型多样，对数据精度要求较高，因此目前无人机遥感技术在内陆水环境监测中的应用研究相对较少，主要是利用无人机环境遥感技术从宏观上观测水质状况，航拍制作分辨率为0.1m的实景图像数据进行监测，并实时追踪和监测突发环境污染事件的发展，而在海洋中应用技术相对较为成熟，监测指标主要涵盖了水温、赤潮、海上溢油、水深、藻华等，传感器包括照相机、多光谱成像仪、CCD摄影机、轻型红外航扫仪、激光测深仪、成像光谱仪、化学传感器等。在环境调查中，对地理信息的需求通常有如下困难：大面积观测、多时相观测、复杂区域观测、所需数据成果的多样性。而无人机低空摄影测量技术的兴起，为环境调查尤其是长度较长、区域复杂的河流环境调查提供了极大的便利。无人机航空摄影测量系统是由无人机技术、遥感与测量技术、计算机技术等共同发展而融合的新技术，通常由硬件（包括无人机、相机、计算机等）、软件（地面站控制软件、相片处理软件、影像应用软件等）和售后服务团队组成。无人机航空摄影测量相对于常规测量具有如下的优势：1）机动性、灵活性、安全性。无人机复杂条件起降、飞行、危险恶劣环境下（森林火灾、火山爆发等）直接获取影像。2）低成本获取数据。无人机遥感系统的购置、运行成本都大大低于卫星和载人飞机，其对场地和人员的技术要求也比载人飞机低，且日常维护简单，使遥感数据的获取成本大大降低。3）大面积观测。无人机观测的面积和多个因素相关，例如相机、需求的分辨率、飞行高度、飞行时间。以下是在250px的分辨率下，不同传感器的飞行高度以及单张照片的覆盖面积。4）复杂区域观测。对于一些复杂区域例如河流、滩涂等常规测绘工具难以进入的区域，无人机测绘具有巨大优势。5）分辨率高、多角度。低空多角度拍摄，直接获取地面纹理信息，有效避免卫星遥感和普通航空摄影测量建筑物遮挡问题。空间分辨率能达到分米甚至厘米级，可用于构建精确的数字模型和三维立体景观图。6）成果丰富。无人机航空摄影测量系统能够提供丰富的测量成果，如点云、DEM、DSM、DOM，甚至三维模型。河流沿岸的排污企业排污口将正射影像导入到谷歌地球，可以清晰地看出，无人机获取的正射影像跟原谷歌影像完美“拟合”，这样能查看排污口在地球上的绝对位置，方便工作人员实地查找。排污口在地球上的绝对位置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应用到水利工程的建设之中，无人机有利于提高水利工程的设计水平以及设计质量，还可以促进水利工程的健康发展。水利工程在人们的生活中发挥着重要的作用，提高水利工程建设的质量，可以提高人们的生活质量。本方案就无人机在水利工程中的应用进行了详细的探讨。我们用事实说话：无人机用于水利监测的技术已经比较成熟，主要有水利工程监测、洪涝灾害监测、干旱缺水监测、水环境污染监测、河床河道监测、内陆湖泊及水库监测和农田灌溉监测等。2.1无人机用于水污染监测江苏无锡太湖水面蓝藻大面积暴发，严重污染了无锡自来水水源，对无锡人民的饮用水安全构成巨大威胁。为了对蓝藻漫延情况进行全方位掌握，国家气象总局使用无人机对太湖敏感地区的一定区域范围进行连续空中拍照，为下一步如何整治太湖蓝藻取得了重要的参考资料。吉林市永吉县经济开发区的新亚强生物化工有限公司和吉林众鑫集团库房被冲毁致使库中存放的原料桶和空桶，经温德河进入松花江。吉林环保厅在化工桶冲出的当晚连夜制定了无人机应急监测方案，在松花江哈尔滨段上游的肇源、二松口、朱顺屯三个监测站，将手工监测和自动站监测结合，监测相关数据，使无人机遥感对治理河道安全保障、清污治理提供了有力的决策结果。2.2无人机用于洪涝灾害监测2012年，我国洪涝台风灾害频发，长江和黄河上游干流分别出现5次和4次洪峰，三峡水库迎来建库以来最大洪水，6个强台风或台风在一个月内集中登陆。我国必须进一步巩固和完善防洪保安体系，从整体上提高抗御洪涝灾害的能力和水平，无人机在洪涝灾害监测中起到了关键的作用。比如在2012年6月中旬，台湾行政部门利用无人机对灾区进行监视。据当地媒体报道，无人机被派往因暴雨发生洪灾的地区进行灾情监测，并且把实时情况下搜集的资料迅速传往台湾的救援队总部，从而使得有可能对险情恶化地区采取应急措施。2.3无人机用于江湖及河道监测无人机以及搭载的遥感数据采集、接收和处理等软硬件，通过虚拟现实、地理信息系统、遥感等技术手段的集成应用，可以对湖泊水库，河流河道的有关信息进行快速获取，为水利部门及环保部门提供方便、快捷、多角度的监控信息。2.4无人机用于冰凌应急监测我国黄河流域每年都要遭受冰凌的危害，这是由于黄河流经内蒙古河段，在春季河流融冰时，上游溶解的冰块流动到仍然冰封的下游河段，形成冰坝，河水壅塞，抬高水位，形成凌汛。目前，我国排除凌汛的方法主要是利用空军轰炸机，用重型炸弹对黄河凌汛地段阻塞河道的冰坝进行破除。由于轰炸后的河段冰层大面积破裂，河道水流迅速加快，利用人工上冰探查炸弹落点十分危险。为了及时、准确地掌握黄河内蒙古段凌情、冰坝位置和轰炸效果，采用无人机进行应急监测，可以为排除黄河凌汛险情提供技术支持。无人机可以迅速发现或更新凌汛险情及堤防病害的发生、发展和变化情况等优点。如在2011年3月份，无人机在三湖河口至昭君坟河段上空的一次飞行中，获取了数百张高新影像。2.5无人机用于堰塞湖等应急监测1933年叠溪大地震时发生了堰塞湖溃决，当时的灌县(现在的都江堰市)两岸建筑全部毁坏，死亡5000人左右。在2008年的“5·12”大地震，造成了众多山体滑坡、河道堵塞，形成了多个堰塞湖，如同多个定时炸弹，时刻危及人民的生命安全。堰塞湖大多发生在交通困难的地区，给人们进行监测带来了许多不便。由于无人机具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等技术特点，可对堰塞湖的分布状况与动态变化等情况进行监测，为救援、及时消除隐患提供了第一手的信息和科学决策依据。比如在2008年5月17日，无人机对汶川地震后ft体滑坡、崩塌等导致的堰塞湖进行了拍摄。3.未来智能无人机方案介绍3.1项目实施方法：在2016年，我公司运用M600对辽宁省阜新市的水利项目做了航拍，阜新市的河道要求满足大比例尺、高精度、生成质量报告、支持多种文件格式输出等。均可以得到满足。首先我们要确定测区的范围，然后制定航拍的任务；要确定当天的天气状况，无人机航拍，气象条件的好坏是前提，出发航拍之前，要掌握当日天气情况，并观察云层厚度、光照和空气能见度；到现场后要测定现场的风速，M600无人机可抗6级风速，适应温度在零下20°C～60°C之间；选择场地架设电台，起飞点通常事先进行考察，要求现场比较平坦，无电线，高层建筑等，并提前确定好航拍架次及顺序；现阶段大多数无人机都使用电台的方式进行无人机与地面站的数据交换，M600的高频电台可进行长达5公里的超长距离监控，保证飞机安全高效运作；姿态角度调整磁偏角校准，对于距离上一次起飞地点超过200km的起飞地点，需对飞机姿态、角度进行调整，以确保飞机准确通讯。无人机都配备电子罗盘，磁校准等设备来确保飞机在飞行过程中的自我姿态控制，由于各地地磁情况不一，M600自带校准系统用来应对各地不同地磁情况对无人机的干扰以及安全隐患；无人机放置弹射架，安装时需检查无人机各部件是否连接紧密，弹射架供电接线是否正确连接，电力充足；手动遥控测试，将飞行模式调至手动遥控飞行状态，测试机头、机身、尾翼是否能按指令操作。手动遥控模式主要用于无人机起飞和降落时遇特殊情况时的应急处理；起飞前准备，起飞前要检查进行航拍相机与飞控系统是否连接，降落伞包处于待命状态，与风向平行、无人员车辆走动等；无人机起飞，各项准备工作完毕后，就可以起飞了。这时，操作手应持手动操作杆待命，观察现场状况，根据需要随时手动调整飞机姿态及飞行高度；飞行监测，这个过程主要做三个工作：①对航高、航速、飞行轨迹的监测；②对发动机转速和空速、地速进行监控；③随时检查照片拍摄数量；无人机降落，无人机按设定路线飞行航拍完毕后，降落在指定地点。手动遥控操作手到指定地点待命，在降落现场突发大风、人员走动等情况时及时调整降落地点；数据导出检查，降落后，对照片数据及飞机整体进行检查评估，结合贴线率和姿态角判断是否复飞，继续完成附近区域的航拍任务或转场，理论上一个起降点的飞行控制范围为300平方公里。3.2项目取得的成果:针对阜新的基本信息我们可以从下面Pix4d生成的质量报告的总结中得到。无人机针对相应的问题能做无人机的二次开发，以满足不同的需求。无人机测绘可以为站址的选择提供更加详细的基础资料和清晰的影像资料，可以提高规划的效率，在某种程度上也起到了保护国家财产的作用，无人机在水利的维护和巡查方面也有其强大的优势。如下图是对阜新市河道航拍后以及经Pix4d处理后得到的总体浏览图，我们可以清晰的看到河道的流经路线和准确的地理信息位置。图6：正射影像