無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在水利上的應(yīng)用-工程設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在水利上的應(yīng)用 -工程設(shè)計(jì)0引言我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害類(lèi)型多，發(fā)生頻率高的國(guó)家。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)而引起的生存環(huán)境的惡化，又影響和加劇了自然災(zāi)害的發(fā)生頻率和波及的范圍。尤其是近年來(lái)水災(zāi)害的頻繁發(fā)生，致使國(guó)家財(cái)富和人民生命財(cái)產(chǎn)受到重大損失。目前我國(guó)已經(jīng)將水旱災(zāi)害防治與監(jiān)測(cè)、水資源合理分配與保護(hù)問(wèn)題作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的工作重點(diǎn)。 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)利用航空技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、通信技術(shù)和3s（遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)）技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在水旱災(zāi)害防治與監(jiān)測(cè)水污染突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)等多方面開(kāi)展了卓有成效的工作。利用常規(guī)地面監(jiān)測(cè)和衛(wèi)星遙感技術(shù)在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用，但是由于衛(wèi)星遙感的時(shí)延性和分辨率低等因素，對(duì)于災(zāi)害監(jiān)測(cè)需要的分辨率高、時(shí)間要求快的需求卻難以保障。而無(wú)人機(jī)作為一項(xiàng)空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段，具有影像實(shí)時(shí)傳輸、高危地區(qū)探測(cè)、成本低、高分辨率、機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星遙感的有力補(bǔ)充，也是對(duì)常規(guī)水利信息監(jiān)測(cè)、突發(fā)水災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)的重要手段的補(bǔ)充。在水利領(lǐng)域采用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，可以使水利部門(mén)能及時(shí)獲取災(zāi)情的信息，了解災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展情況并及時(shí)制定相對(duì)的對(duì)策，為最大限度地減輕災(zāi)害損失提供了至關(guān)重要的幫助。無(wú)人機(jī)用于水利監(jiān)測(cè)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，主要有水利工程監(jiān)測(cè)、洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)、干旱缺水監(jiān)測(cè)、水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、河床河道監(jiān)測(cè)、內(nèi)陸湖泊及水庫(kù)監(jiān)測(cè)和農(nóng)田灌溉監(jiān)測(cè)等。1無(wú)人機(jī)用于水污染監(jiān)測(cè)2007年5月、6月江蘇無(wú)錫太湖水面藍(lán)藻大面積暴發(fā)，嚴(yán)重污染了無(wú)錫自來(lái)水水源，對(duì)無(wú)錫人民的飲用水安全構(gòu)成巨大威脅。為了對(duì)藍(lán)藻漫延情況進(jìn)行全方位掌握，國(guó)家氣象總局使用無(wú)人機(jī)對(duì)太湖敏感地區(qū)的一定區(qū)域范圍進(jìn)行連續(xù)空中拍照，取得了太湖無(wú)錫區(qū)域水面藍(lán)藻暴發(fā)的寶貴資料，為下一步如何整治太湖藍(lán)藻取得了重要的參考資料。2010年8月，位于吉林市永吉縣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的新亞強(qiáng)生物化工有限公司和吉林眾鑫集團(tuán)庫(kù)房被沖毀致使庫(kù)中存放的原料桶和空桶， 經(jīng)溫德河進(jìn)入松花江。吉林環(huán)保廳在化工桶沖出的當(dāng)晚連夜制定了無(wú)人機(jī)應(yīng)急監(jiān)測(cè)方案，在松花江哈爾濱段上游的肇源、二松口、朱順屯三個(gè)監(jiān)測(cè)站，將手工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)站監(jiān)測(cè)結(jié)合，監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，使無(wú)人機(jī)遙感對(duì)治理河道安全保障、清污治理提供了有力的決策結(jié)果。2無(wú)人機(jī)用于洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)2012年，我國(guó)洪澇臺(tái)風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)，長(zhǎng)江和黃河上游干流分別出現(xiàn) 5次和4次洪峰，三峽水庫(kù)迎來(lái)建庫(kù)以來(lái)最大洪水，6個(gè)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)或臺(tái)風(fēng)在一個(gè)月內(nèi)集中登陸。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加快發(fā)展以及全球氣候變化影響加劇，我國(guó)防洪減災(zāi)工作面臨新的挑戰(zhàn)，必須進(jìn)一步鞏固和完善防洪保安體系，從整體上提高抗御洪澇災(zāi)害的能力和水平，無(wú)人機(jī)在洪澇災(zāi)害監(jiān)測(cè)中起到了關(guān)鍵的作用。近幾年來(lái)無(wú)人機(jī)多次對(duì)洪澇災(zāi)害進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，為防汛部門(mén)提供了許多有價(jià)值的洪澇災(zāi)害信息。比如在2012年6月中旬，臺(tái)灣行政部門(mén)利用無(wú)人機(jī)對(duì)災(zāi)區(qū)進(jìn)行監(jiān)視。據(jù)當(dāng)?shù)孛襟w報(bào)道，無(wú)人機(jī)被派往因暴雨發(fā)生洪災(zāi)的地區(qū)進(jìn)行災(zāi)情監(jiān)測(cè)，并且把實(shí)時(shí)情況下搜集的資料迅速傳往臺(tái)灣的救援隊(duì)總部， 從而使得有可能對(duì)險(xiǎn)情惡化地區(qū)采取應(yīng)急措施。3無(wú)人機(jī)用于江湖及河道監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)以及搭載的遙感數(shù)據(jù)采集、接收和處理等軟硬件，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)、地理信息系統(tǒng)、遙感等技術(shù)手段的集成應(yīng)用，可以對(duì)湖泊水庫(kù)，河流河道的有關(guān)信息進(jìn)行快速獲取，為水利部門(mén)及環(huán)保部門(mén)提供方便、快捷、多角度的監(jiān)控信息。4無(wú)人機(jī)用于冰凌應(yīng)急監(jiān)測(cè)我國(guó)黃河流域每年都要遭受冰凌的危害，這是由于黃河流經(jīng)內(nèi)蒙古河段，在春季河流融冰時(shí)，上游溶解的冰塊流動(dòng)到仍然冰封的下游河段，形成冰壩，河水壅塞，抬高水位，形成凌汛。目前，我國(guó)排除凌汛的方法主要是利用空軍轟炸機(jī)，用重型炸彈對(duì)黃河凌汛地段阻塞河道的冰壩進(jìn)行破除。由于轟炸后的河段冰層大面積破裂，河道水流迅速加快，利用人工上冰探查炸彈落點(diǎn)十分危險(xiǎn)。為了及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握黃河內(nèi)蒙古段凌情、冰壩位置和轟炸效果，采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測(cè)，可以為排除黃河凌汛險(xiǎn)情提供技術(shù)支持。無(wú)人機(jī)對(duì)黃河河道冰凌航拍，具有穩(wěn)定性好、起降靈活、安全性高、實(shí)效性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)利用無(wú)人機(jī)遙感影像進(jìn)行凌汛險(xiǎn)情調(diào)查與堤防病害識(shí)別，具有人力成本低，時(shí)間快，復(fù)查周期短，可以迅速發(fā)現(xiàn)或更新凌汛險(xiǎn)情及堤防病害的發(fā)生、發(fā)展和變化情況等優(yōu)點(diǎn)。如在2011年3月份，無(wú)人機(jī)在三湖河口至昭君墳河段上空的一次飛行中，獲取了數(shù)百?gòu)埜咝掠跋瘛?無(wú)人機(jī)用于堰塞湖等應(yīng)急監(jiān)測(cè)堰塞湖是由火山熔巖流，冰磺物或由地震活動(dòng)使山體巖石崩塌下來(lái)等原因引起山崩滑坡體堵截山谷，河谷或河床貯后水而形成的湖泊。很多情況下，由于地震堰塞湖堵塞了正常河道的水流，會(huì)造成堰塞湖區(qū)內(nèi)的水位不斷升高，水體的滲流壓力會(huì)逐漸增大，并且堰塞湖的堵塞物不是固定永遠(yuǎn)不變的，它們也會(huì)受沖刷、侵蝕、溶解、崩塌等等。一旦堵塞物被破壞，湖水便漫溢而出，傾瀉而下，形成洪災(zāi)，極其危險(xiǎn)。比如,1933年疊溪大地震時(shí)發(fā)生了堰塞湖潰決，當(dāng)時(shí)的灌縣（現(xiàn)在的都江堰市）兩岸建筑全部毀壞，死亡5000人左右。再比如在2008年的“5?俊地震，造成了眾多山體滑坡、河道堵塞，形成了多個(gè)堰塞湖，如同多個(gè)定時(shí)炸彈，時(shí)刻危及人民的生命安全。堰塞湖大多發(fā)生在交通困難的地區(qū)，給人們進(jìn)行監(jiān)測(cè)帶來(lái)了許多不便。由于無(wú)人機(jī)具有機(jī)動(dòng)快速、使用成本低、維護(hù)操作簡(jiǎn)單等技術(shù)特點(diǎn)，可對(duì)堰塞湖的分布狀況與動(dòng)態(tài)變化等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為救援、及時(shí)消除隱患提供了第一手的信息和科學(xué)決策依據(jù)。比如在 2008年5月17日，無(wú)人機(jī)對(duì)汶川地震后山體滑坡、崩塌等導(dǎo)致的堰塞湖進(jìn)行了拍攝。6展望無(wú)人機(jī)因其機(jī)動(dòng)靈活的起降方式、低空循跡的自主飛行方式、快速響應(yīng)的多數(shù)據(jù)獲取能力，在水利管理上具有巨大的應(yīng)用前景，包括水域規(guī)劃、水利監(jiān)測(cè)與水利管理。無(wú)人機(jī)還能完成水情監(jiān)測(cè)、河道走向、水庫(kù)監(jiān)測(cè)、洪災(zāi)區(qū)域檢查等，還能查看水毀橋梁、淹沒(méi)區(qū)域等情況。無(wú)人機(jī)可以搭載高分辨率數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行快速測(cè)圖，也可以搭載視頻采集設(shè)備，實(shí)時(shí)的采集并回傳即時(shí)的影像數(shù)據(jù)，體現(xiàn)出分辨率高、實(shí)效性好等優(yōu)勢(shì)，還可以搭載合成孔徑雷達(dá)設(shè)備，在云霧天氣獲得高清晰度圖像。事實(shí)證明，無(wú)人機(jī)技術(shù)將在我國(guó)及全世界數(shù)字水利領(lǐng)域得到迅速而廣泛的應(yīng)用。水利信息化建設(shè)，要以多顆遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以機(jī)載、地面移動(dòng)站和地面固定站獲