摘要：无人机的发展历史可以追溯到20世纪 20年代，应技术进步和战争需求，无人机已逐渐发展为世界各国尤其是发达国家武器装备中重要组成部分之一，无人化也已日益成为未来战争发展的方向之一，同时无人机也正在向民用化发展在，石油、电力巡查等行业都有涉及，在水利行业运用的案例较少，本文主要通过对无人机在淮河管理上的应用来探索无人机在水利上应用的可能性。
关键词：无人机；实时监控；测绘建模；河道管理
1.引言
无人机按照使用范围可分为军用级、民用专业级和民用消费级。无人机的发展最早是在军事领域，为了保障珍贵的飞行员的安全性，无人机承担起一定程度上的侦查作用与武装功能。随着技术的发展，从军用领域逐渐扩展到民用领域，新的技术更新了新的管理模式，淮河河道管理工作与时俱进，积极探索无人机在河道管理方面上的应用。
2.无人机的发展形式
（1）国际无人机发展形式
最早的无人机可以追溯到1914年前后，英国皇家空军利用无线电技术手段，装备一架小型飞机，装上炸药后将其引导到目标区，用以攻击德军空中和地面目标。该产品被命名为“空中靶标 ”。目前美国主导世界无人机市场占世界市场的70%以上，在可预见的将来，这一形式仍不会改变。无人机市场仍将由军方拉动。除了军事用途，无人机还有许多其他民用和商业用途，如大地测量、气象观测、城市环境检测、地球资源勘探和森林防火；长航时无人机可以满足农业精耕细作的需要；中、短航程的无人机能用于检查输电线路和管道，还可用于海洋环境研究以及国界线巡逻、搜索和救援。根据具体任务，装备雷达和红外传感器的无人机最有可能用于商业和民用领域。
（2）国内民用无人机发展形式
国内的民用无人机发展可以概括为：加快追赶，合作共赢。随着智能时代的到来，无人机起到的作用也随之增加。我国民用无人机产业发展正显现出广东引领、全国呼应的态势，其中大疆无人机作为国内民用无人机的领先者，在全球消费级无人机的市场份额占比达到70%以上；而专业无人机上，以成都纵横、北京正唐、上海华测等企业为主的无人机厂商也起到越来越重要的作用。
（3）国内民用无人机标准制定
目前，民用无人机产业领域的国际标准化工作主要由国际标准化组织（ISO）归口管理。我国在上世纪 80 年代就开始尝试将无人机用于地图测绘和地质勘探，但是受限于技术和成本的原因，一直未能大规模的应用。国家《高端装备制造业“十二五”发展规划》和《中国制造 2025》提出重点发展航空航天产业。
3.淮河管理无人机系统建设
3.1淮河管理的特点
淮河河道管理包含堤防管理与河道管理，在日常的管理过程中，堤防巡查是巡查堤防草皮养护情况与堤防违规违纪现象，河道巡查是主要是违规采砂治理工作，还有在紧急情况下的救援等。但淮河河道战线长，跨界多，仅在安徽境内的淮河干支流就达到了800公里左右，并且在野外的大量地区是外业工作人员无人法到达的，这使得巡查工作存在盲区。而用无人机进行空中测量，可以不受地形限制，直接从空中捕捉地面影像，采集照片位置信息，再通后无人机后处理软件，生成数字高程模型与正射影像，在室内完成最终的特征采集工作。而通过在无人机巡航路线上建立中继站点的方式，还可以实现高清监控视频的实时图传。
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3.2无人机系统
（1）无人机选型
常见的专业无人机有三类：固定翼、旋翼、扑翼。①固定翼机是指需要通过跑道进行起降的具有机翼的无人机，或者通过弹射发射的无人机，这些无人机一般具有较长的航时和较高的巡航速度。②旋翼机具有空中悬停和高机动性的优点，几乎对起降场地没有要求，垂直起降，而且相对稳定，容易上手。缺点是耗电量大，效率稍低。③扑翼机具有像昆虫或鸟类一样灵活多变的机翼，也有其它一些混合构型或可变形构型。可以垂直起飞并可倾斜旋转，像飞机一样飞行，目前应用较少。从无人机类别的特点上，淮河管理使用的专业无人机多旋翼与复合翼结合的布局形式，兼具固定翼无人机航时长、速度高、距离远的优点和旋翼无人机垂直起降的能力，在几百公里的河道上巡查能起到较好的效果。
（2）荷载设备
目前许多长航时无人机需要更多的燃油储备空间，这就导致相对较低的载荷比例，典型情况是载荷设备质量为总质量的10%。从这个角度考虑，淮河河道管理需要对沿线情况进行实时图传，根据需要对某些地段进行测量测绘，在发现采砂现象需要警告警示等需求，需要荷载的设备包含高清摄像机、测绘摄像模块、照明模块、广播模块等。
（3）数据链路
典型无人机系统数据链包括无线电发射与接收装置、天线、传感器系统以及调制解调器。对于无人机系统来讲，数据链主要有 3 个作用：①上行：通过地面链路终端或卫星来发送无人机控制数据和指令；②下行：把机上传感器和遥测系统采集的数据从无人机发送给控制站；③测量：测量地面站和卫星与无人机的距离和方位，以保持控制站与无人机之间的通讯畅通。
（4）控制站
控制站作为指挥控制中心，是集规划、通讯、导航和控制功能于一体的集成化平台，具备在线任务规划、虚拟视景显示、数据链路控制、武器发射、数据图像与情报处理等一系列功能。操作人员可以在控制站内通过上行链路发送飞行和任务指令给无人机，以达到控制无人机和任务载荷的目的。控制站作为指控中心，在无人机系统操作中，所有无人机均可在视觉范围内进行操控，但视距范围外的控制只适用于中程航时和长航时无人机系统，且操作是通过卫星通讯传递和机上控制计算机来完成的。
3.3综合应用
要实现淮河无人机实时监控，就需要在无人机巡视范围内建立无人机中继站点。从无人机的功能上，可以分为系统采用一机多站架构，无人机与信号状态最优的通信节点建立连接，进行双向实时通信，无人机将视频流和系统遥测信息发送至建立连接的通信节点，通信节点将此信息通过水利专网回传至枢纽节点进行显示和保存；枢纽节点生成的遥控指令通过水利专网发送至与无人机建立连接的通信节点，通过通信节点的无线电数据链路发送至无人机。
淮河局控制站节点可以分为：数据处理中心、飞行平台数据管理中心，视频数据存储中心和指令控制中心。实现飞控与监视的步骤是：（1）数据处理中心负责接收到多个远端通信节点的无人机平台的运行数据包，并对接收到的多个通信数据包处理。（2）数据管理中心汇总远端通讯节点的数据并处理后，推送至枢纽节点控制台，由视窗和数据可视化的指控地面站软件呈现。（3）枢纽NVR接收来自各个通信节点编码器的网络视频流，并对各个通信节点视频流流控管理。（4）NVR处理完视频流后将数据推送至枢纽节点控制台，枢纽节点控制台以多路画面呈现实时视频内容，也可以对单一实时视频画面全屏化。（5）一体化展示屏用于查看无人机巡查数据和遥测信息，是无人机巡查信息可视化的展示平台。（6）枢纽节点控制台接收到无人机平台数据，通过地面站指控软件监控无人机平台飞行状态和任务设备状态。并用地面指控软件发送控制指令，使无人机执行飞行任务。（7）枢纽节点控制台接收到实时视频流，通过实时视频画面感知态势。并使用控制台的实体吊舱控制摇杆和实体吊舱功能按键，使无人机执行任务。
4.结束语
随着技术的不断发展，无人机系统在续航能力、自主化水平、可靠性等方面都将获得极大的提升。未来无人机系统将逐渐融入海陆空天各大领域，实现与有人飞行器、舰艇、陆上装备的协同使用。在淮河河道管理上使用无人机系统，对于国内无人机和水利行业的结合使用是一个新的课题。
论文作者:袁绪彪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/8
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