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摘要：我国是一个自然灾害类型多，发生频率高的国家，气象灾害是我国重要自然灾害之一，暴雨洪涝灾害又是气象灾害中重大的、多发灾害，对于暴雨洪涝灾害灾情空间分布信息的掌握是非常重要的；洪涝灾害往往具有突发性和范围大的特点，本文通过介绍无人机航拍系统的基本组成和技术特点，从水利业务应用的角度谈谈无人机航拍在水利行业中的应用。
关键词：无人机航拍；水利行业；应用
前言
无人机航拍作为一项空间数据获取的重要手段，具有影像实时传输、高危地区探测、成本低、高分辨率、机动灵活等优点，可对由于利用常规地面监测和卫星遥感技术的时延性和分辨率低等因素引起不足的有力补充，也可对常规水利信息监测、突发水灾害应急监测的重要手段的补充。在水利领域采用无人机航拍系统，可以使水利部门能及时获取突发的灾情信息，了解灾害的发生发展情况并及时制定相对的对策，为最大限度减轻灾害损失提供了至关重要的帮助。
一、现状分析
1.1现状
现有的水文水利自动测报系统大多由是不同的各研究机构或者各省的制造厂家研制生产而成，由各地集成商整合而成，这些系统的功能和性能有很大的差异，要使这些自动化系统能够长期稳定正常运行，确保其发挥最大的功能和效益，维修工作是确保系统正常运行重要环节之一，因此，提高水利自动化系统的运维工作已成为当务之急。
1.2水利行业通信存在以下几个主要问题：
（1）由于水利工程特别是水库大多分布在偏远的山区，地形地势险峻复杂、话务量不大，加上各地的经济发展不同，经济发展比较落后的地方，公众电信网的覆盖不到，也没有任何通信预警手段，亟需建立水利专用通信网络与公众电信网对接。
（2）目前有的通信设备已用多年，普遍存在老化现象，故障率比较高，一旦出现险情很难做到及时上报，甚至报不出去，将严重影响应急抢险和人员的及时转移。
（3）现有的水库通信专网的业务比较单一，部分地区仅能提供简单的语音业务，还没有建成水雨情监测、多媒体集群调度、视频监控、应急通信等一些必需的功能。
（4）现有的水库通信专网建设，主要以各库区建设相互独立的水库通信系统，没有统一的网络平台，实现不了联网，不能进行统一管理，更谈不上统一调度，网络资源得不到充分的利用，造成了一定程度上的资源浪费。
二、无人机航拍在水利行业应用的优势
随着无人机航拍技术的普及，特别是其影像系统的不断发展，航拍设备的成本越来越低，将会得到更广泛的应用，无人机航拍越来越多应用在水利行业中的水库、大坝、河道等场合，有如下的几大优势：
（1）无人机航拍为水利行业的大坝、河道等场合的监控提供了操作方便，在发生大洪水时，易于掌握大坝的渗漏，甚至毁坝，及时报告，为领导作出最快相应的措施提供科学依据，沿河道航拍也能及时掌握河流的各种变化情况发生，甚至可以发现泥石流等一些突发事件的发生，及时发布紧急撤离信息，从而最大限度减少人民的生命财产，无人机在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降，起飞降落要求的场地会很小，其稳定性、安全性较好，转移方便。
（2）无人机航拍技术以低速无人驾驶飞机为空中遥感平台，用彩色、黑白、红外、摄像技术拍摄空中影像数据；并用计算机对图像信息加工处理，是获取水利信息的重要手段，一流的航拍摄影师，绝对保证航拍的质量和效果，减少无人机航拍的成本。
（3）无人机航拍不受航高限制，成像质量、精度都远远高于大飞机航拍，我国疆地辽阔，地利和气候条件复杂，很多区域常年受积雪、云层等因素影响，导致卫星遥感数据的采集受一定限制，无人飞机的灵活性恰好解决了这些限制，几乎不存在受限区（除国家禁飞区外）。
三、无人机航拍系统的介绍
3.1系统简介
传统的视频监控系统通常是通过人员监控和录像来实现安全防护，实际上并不能主动有效地保障安全：监控场景固定，范围受限；“被动录像”通常只能在“事件”发生之后通过调用录像进行回放取证，一方面损失已经产生不可能挽回，另一方面，通过人工回放录像取证的方式效率十分低下。在现有的视频监控系统已不能满足现代社会安全保障需求的情况下，大量采用智能化的视频分析技术已成为主要趋势，一种高智能化的视频采集、视频分析技术应运而生。
华威世纪将智能分析服务器与无人机数据采集系统对接，一改传统监控系统现场查看与事后查证相结合的模式，升级为以视频数据和传感器数据智能分析为依托的空中监控模式。智能分析与无人机的对接能够实现快速响应，第一时间到达现场，迅速展开工作；能够实时采集现场数据，同步进行后台数据检索、智能分析和管理，实现“事先预警、事中处理、事后取证”相结合，真正起到“安全防范”的作用。
无人机航拍系统：以多轴无人驾驶飞机作为空中平台，搭载高清运动摄像机、轻型光学相机、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪、化学物质探测器等获取信息，用智能分析服务器对图像信息、传感器数据信息进行分析处理。
3.2系统架构
系统总体架构图
3.3系统组成
无人机航拍系统由无人机、图传发送机、无人机图传网关（中心服务）、智能分析服务器和图传客户端软件等几大部分组成，其各设备主要功能如下：
（1）无人机
无人机主要由机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等部分组成，通过地面遥控完成空中飞行目标任务，实现无人机视频航拍的载体。
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（2）4G图传发送机（箱）
1）通过4G网络把无人机视频传回到指挥中心；
2）4G网络支持联通，移动，电信。
（3）无人机图传网关（中心服务）
1）指挥中心无人机接入网关，放在指挥中心；
2）接收4G图传发送机发送回来的视频；
3）与图传客户端软件进行交互，能转发视频数据到该软件给用户实时浏览；
4）与智能分析服务器进行对接.能转发视频数据到该软件进行实时分析；
（4）智能分析服务器
接入无人机视频进行视频分析。
（5）图传客户端软件
1）实时浏览远程无人机航拍视频；
2）查询智能分析服务器报警图片。
四、无人机航拍在水利行业中的应用
4.1 无人机航拍在防汛抗旱中的应用
经过近几年的水利信息化建设，防汛信息采集传输、水雨情自动测报等系统已经形成，空中利用卫星来传递水情等防汛信息，地面上采用移动通讯车、防汛无线专网、国家公网等通讯方式来进行水利信息采集传输。以移动通讯车为例，它可以将采集到的防汛信息实时发送到卫星上转发到防汛指挥中心，但它的图像采集却是用人工的办法，要人冒着生命危险去现场用摄像机拍摄采集，而一些人去不了的地方，移动通讯车也就没办法了。通讯车虽然有一定的越野能力，但它脱离公路后的作用就有限，无法为防汛部门的决策会商系统提供更多的实时数据和信息支持。无人机航拍防汛抗旱系统的主要功能和特点。
（1）无人机航拍技术作为一项空间数据获取的重要手段，具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优点，有力补充了采用卫星与有人机航空方式在水利部门应用中的不足。
（2）小型无人机携带非常方便，到达一定区域后将其放飞，人员可以在安全地域内操控其飞行，并进行相关信息的实时采集、监控，为防汛决策提供保障。
（3）无人机航拍在日常防汛检查中，可以立体地查看蓄滞洪区的地形、地貌和水库、堤防险工险段。遇到洪水险情时，可克服交通等不利因素，快速赶到出险空域，根据机上所载装备，实时传递影像等信息，监视险情发展，为防洪决策提供准确的信息。
（4）无人机航拍防汛抗旱系统主要面向各级政府部门，实现了紧急突发事件的受灾区域跟踪、搜索、侦察和支持：从突发事件的上报、相关数据的采集、紧急程度的判断、实时监控、联动指挥、应急现场支持、领导辅助决策。
（5）无人机航拍防汛抗旱系统使相关的政府部门对应急突发事件的情况了解更加全面、对突发事件的反应更加迅速、相关人员之间的协调更加充分、决策更加有科学依据，同时大大的降低了工作人员的工作难度。
（6）方便、快捷无须经过专业培训，即可操作，可做到自动滑跑起飞、点哪飞哪、就地盘旋、视频切换、实时调高、飞行召唤。
（7）远视距飞行，可到灾害时人员无法到达的区域；高清晰图像传输，可清晰的看到受灾区域的情况。
（8）配合其他通信系统将高清晰图像传输到防汛指挥中心，针对小范围区域的监控使用便携式小型无人机，完成监控的数据发回信息中心。
4.2 无人机航拍在日常防汛中的应用
在日常防汛检查中，可以立体、多角度监控水利工程、水库库区的地形地貌、河道及堤防险工险段、蓄滞洪区的地形环境等，尤其在遇到洪水险情的情况下，可克服交通不便等不利因素，及时赶到出险空域，监视险情发展，实时传递现场影像数据等信息，为抢险指挥决策提供准确可靠的实时信息，无人机航拍在水利行业的水库，大坝、防洪抢险、水文水资源监测、水土保持监测等场合有广泛的应用前景，
4.3 无人机航拍在应急监测中的应用
在应急监测中，采用无人机航拍，可以节省成本、降低人员危险、提高工作效率，解决传统人工方式存在效率低、成本高、人员危险大等问题，同样在洪灾险情等紧急情况中，采用无人机航拍参与航测工作，可解决交通中断及成本高、人员危险系数大、应急响应不及时等问题，可以低成本快速巡查洪涝区域险隋，实时传输现场状况，第一时间了解受灾损失情况，提高应急处理能力和工作效率，为应急救灾等工作提供重要信息支持。
4.4 无人机航拍用于泥石流应急监测
泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点，对人民生命财产安全具有严重的危害性。因此，泥石流发生前后的调查对于泥石流灾害的预警预报、防洪救灾和组织灾后重建具有重要意义，随着无人机航拍技术的迅速发展，使调查工作具有观测范围更广、获取信息量更大、速度更快、实时性更好、动态性更强等特点，在泥石流地害调查中将得到越来越多的应用。
4.5无人机航拍用于水土保持的监测
我国是世界上水土流失比较严重的国家之一，进行水土保持监测和普查是一项十分艰巨而重要的基础性工作，定量调查土壤侵蚀是水土保持研究的重要内容，土壤侵蚀受到自然及人为多种因素的影响，过程十分复杂，土壤侵蚀类型不同，影响的因素也不同，由于无人机航拍具有动态、快速、经济等优点，成为获取土壤侵蚀信息的重要方法，可对研究地区进行低空、低速拍摄，且拍摄的照片能将范围内水土流失的强度、实际状况真实反映出来，为土壤侵蚀的类型、程度，以及植被、地形、管理措施等侵蚀因子的属性提供了充足的数据源；无人机航拍系统可完成对水土流失的成因、强度、影响范围及其防治成效等的实时动态监测。主要包括：区域地形地貌、自然植被、气候条件等；利用无人机航拍系统可迅速掌握情况，减少人员工作量，缩短巡检周期，大大提高信息的实时性和准确性吗，促进水土流失治理工作的全面开展。
五、结语
无人机航拍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，无人机航拍可以搭载高分辨率数码相机进行快速测图，也可以搭载视频采集设备，实时的采集并回传即时的影像数据，体现出分辨率高、实效性好等优势，结合加快水利信息化建设，有力支撑水利规划、建设、监测和管理各项工作，在水利管理上具有巨大的应用前景，包括水域规划、水利监测与水利管理能完成水情监测、河道走向、水库监测、洪灾区域检查等，还能查看水毁桥梁、淹没区域等情况，使无人机航拍系统在水利行业中有更加广泛的应用前景。
论文作者:蓝郁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/10
标签：无人机论文; 航拍论文; 水利论文; 系统论文; 实时论文; 数据论文; 信息论文; 《基层建设》2017年第15期论文;