无人机系统在水务行业中的应用

·49·中国高新科技2017年第1卷第3期技术应用Technicalapplication摘要：文章从无人机的结构组成及飞行特点入手，结合水利行业的特殊性，探讨利用无人机进行水利数据采集、灾害救援以及监督执法等相关业务的使用前景。关键词：无人机系统；水利数据采集；灾害援救文章编号：2096-4137（2017）03-049-03　　DOI：10.13535/j.cnki.10-1507/n.2017.03.09无人机系统在水务行业中的应用■文/李志威　李旭章　高　强　张　鹏无人机系统利用当前GPS定位技术、通信技术、实时网络技术、遥控感应技术、地理信息系统等高科技在很多救援方面起到了巨大的辅助作用。无人机系统具有实时的影像传播功能，可以深入救援人员无法进入的危险地带进行实时情况探测。无人机系统不仅成本低、易操控，而且身形小巧、灵活性强，有利于现代化水利管理的推进。无人机系统具有独特的优势，能够为水利现代化发展提供完善的技术支持。1　无人机系统的组成无人机系统也称作无人驾驶航图1　无人机系统组成示意图空器系统（简称UAS），由无人机飞行平台、遥控系统、地面信号接收站以及主控制系统组成。无人机因为使用环境不同，对传感器的要求也不同，会根据不同的作业要求搭载相机、摄像机、雷达等不同的传感器，它们会采集不同类型的数据，结合全球定位系统（GPS），进行实时监控。借助机载设备可以实现数据的实时传输。2　无人机的主要特点2.1　准确度高民用无人机属于低空飞行设备，能够清楚地获得地面的地物特征，适合近距离的测量与摄像。这种特点使得无人机能深入到地形复杂或者环境复杂的区域进行侦查；或者在进行电视电影的拍摄时，也可以通过人员遥控使无人机进行多种角度多种场景的拍摄。在水务行业，针对于水库水位的监测，就需要近距离的拍摄：在火灾救援的现场，救援人员进不去的情况下，无人机可以进入到环境恶劣的发生地，进行人员搜集和灾害原因探查。2.2　成本低，实时性较强无人机的使用成本较其他的设备来说还是比较便宜的，而且受天气和管制的影响也较小，所以无人机可以随时进行数据的收集与测量。即便是在天气和环境都恶劣的情况下，仍可以进行侦查和检测。无人机系统上搭载的摄像设备能够将现场的实时图像及时传输过去，在很多重大的事件中，时间就是生命，有了第一手最新数据，就能够更科学地进行事件决策。2.3　灵活度强，比较安全无人机的起飞要求很低，它不像大型飞机需要专门的起飞场地和降落场地，而且操作起来比较简·50·中国高新科技2017年第1卷第3期技术应用Technicalapplication单，不需要对操控人员进行复杂的培训。在天气和环境都恶劣的情况下，能够拍摄到人无法拍摄的景象。即便是在天气恶劣的时候，救援人员无法第一时间到达现场，使用无人机就可以快速了解事故地点的情况。这种情况下使用无人机，能够避免人员的二次伤亡，也能根据无人机提供的影像快速地做出救援决断。2.4　可满足多种要求的拍摄无人机搭载的摄像设备可以根据不同的需求呈现不同质量的数据图像，通过卫星实时信号传播，可以将拍摄的图像和数据及时地传输到显示器中。无人机因为体型小巧，可是实现各个方位的拍摄，可以连续的拍摄，也可以定点定时拍摄。对于那些复杂环境下的突发情况，也可以进行多角度、多方位的数据图像传输。2.5　可以大范围地覆盖拍摄区域无人机搭载的GPS全球定位系统可以和卫星实时连线，卫星系统的通信功能有助于无人机覆盖面积和精准度的提升。根据任务的需求，可以实现卫星和无人机数据的共享和对侦查面积的大幅度覆盖。无人机不仅可以进行大范围的拍摄，还能根据不同要求呈现不同的表现方式。例如，对于森林覆盖率的调查和拍摄，可以呈现3D数据图像；对于城建部门的城市房屋监测，可以精确到房屋的楼层数与相关的数据；针对于高速路上出现的紧急车祸，无人机也能快速将车祸周围的情况及时传回主控制台。3　无人机系统在水利行业的实际应用3.1　进行数据的采集和监测无人机搭载的采集系统可以将现场的图像、监测数据通过无线传播的方式实时传输到接收点，还可以实现超远距离的传输，在汛期给抗洪救灾提供决策参考。无人机可以添加多样化的传感器设备，根据上级下达的不同任务的需求，通过多种设备的组合，形成最合适的配合设备系统。在汛期可以监测水位的增长速度，在抗洪抢险时可以提供最新的堤岸情况，有助于人们根据最新水位情况进行救援方案的决策和制定。3.2　灾区应急指挥在一些特殊救援事件发生的时候，时间就是生命。需要第一时间了解发生地的实际情况和人员伤亡情况。特别是在一些不适合人进入的地点，无人机就可以发挥大作用。无人机系统可以第一时间进入灾害发生地，迅速地将发生地的实施情况传输到指挥部，供相关人员进行实际评估和制定救援计划。而且无人机的体积小巧，可以遥控或利用手提电脑进行操作，一个人就可以完成现场情况的监测和汇报，让救援人员将精力放在人员的救助和搜寻上。无人机对于起飞环境和天气的要求非常低，它不会受多种因素的影响，作为应急救援的设备来使用是最合适不过的。3.3　水库蓄水区域的监测水库在旱季的时候需要蓄水，在雨季的时候，因为雨水增多，上游的水会聚集在水库积水区。水库中的水一旦达到警戒线，就需要进行开闸放水。而无人机系统采集和监测的功能就可以辅助水库工作人员对水库整体情进行监测，将实时的情况和数据及时的传输到中枢决策者那里。无人机系统可以为水库泄洪提供预警功能，还可以进行信息技术的支持。同时还能将危险地段群众的撤离情况及时传输到决策部门，有助于决策者根据实际情况保障水库各项工作的正常进行，使决策者能够更合理、更科学地制定防汛泄洪的调度方案。3.4　水务部门的执法巡查采用无人机系统对水务进行监督和执法，可以降低监督成本，减图2　无人机·51·中国高新科技2017年第1卷第3期技术应用Technicalapplication少执法人员的危险系数。过去，水务部门进行水面监督执法时，必须派出专用执法船只和人员，如果遇到恶劣天气，人员和设备的生命财产安全会受到极大威胁。无人机系统小，隐蔽性特别强，操作方便、速度也快，利用无人机系统辅助执法人员进行水面监管可有效解决上述问题。3.5　适应于各个领域无人机系统不仅可以收集信息和进行监管，还可以持续跟踪事件的发展情况，辅助指挥决策部门进行不间断的信息搜集。无人机使用方便，可以在第一时间到达事件发生地，迅速展开工作，便于追踪突发事件和掌握事件的态势。无人机监测可以进行超低空的近距离观测，有助于实际场景的呈现。无人机系统的应用范围是非常广泛的，可以进行水资源保护、园林木业保护、突发事件处理。4　应用前景与展望关于无人机行业的相关法律体系会越来越规范和完善。并且会进一步完善。无人机相关的产业链会更加成熟。对于无人机行业的科研力度也会加大，相关的配套设备会更具多样化。而专业级别的无人机也会逐渐投放于市场，未来无人机发展的目标是各个领域都有相对应的专业级的无人机系统。我国的国土资源、森林资源、水利资源等领域都会因为有无人机系统的加入而获得更便捷和准确的信息与数据。专业级无人机系统的操作会更加复杂，这就要求需要更多的专业人才。在市场经济的体制下，无人机想要扩大市场就要做好一系列的服务。未来我国市场会更加细分，更倾向于个人定制性服务。这就要有更专业的软件和硬件的支持，又会衍生出相关的配套产业。目前，我国无人机技术已经在水务行业的各领域得到了尝试性应用。今后，根据目前的状况和问题可以有针对性地调整无人机系统的兼容性。根据我们实际需要，改进和升级无人机系统的配套软件和硬件。无人机系统在水务行业的各领域应用成熟后会扩大到各个行业和各个领域。5　结语无人机系统属于高科技产物，可以在多个领域进行辅助性工作。随着技术的发展，新型无人机受环境和天气的影响较低，可以进行实时数据传输和视频传输。在水利方面，能够给工作人员提供关键及时的数据资料，帮助工作人员做出最正确、最科学的判断。同时，无人机技术不断升级和改进，且和3S技术不断融合，更能水利现代化的发展做出巨大贡献。在不久的将来，无人机的发展能给水利现代化提供更强大的技术支持，具有广阔的发展空间。参考文献[1]黄丹丹．农用航拍无人机地面站轨迹规划算法的研究[D]．哈尔滨：东北农业大学，2016．[2]李彩霞．无人机在建筑施工现场的应用研究[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016．[3]刘超．农用遥感固定翼无人机飞行姿态控制系统的研究[D]．哈尔滨：东北农业大学，2016．[4]张潘．无人机遥感影像数据处理在生产中关键环节研究[D]．成都：成都理工大学，2016．[5]徐航煌，张宁，陈学永．植保无人机在农林工作中的应用研究[J]．民营科技，2017，（4）．基金项目广州市水务科技项目《无人机技术在广州三防指挥中的应用研究》（穗水科技〔2016〕38号）；广州市科技计划项目《广州市智慧水务重点实验室》（201605030009）。（作者李志威系广州市水务科学研究所高级工程师）图3　无人机技术拍摄的河道