无人机在线监测水质方案

我国河流众多，水资源丰富，对国民经济发展与人民财产安全影响重大。同时也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。

　展望新世纪，水利事业面临新形势、新任务，肩负重大的历史责任。洪涝灾害、干旱缺水、水环境污染三大水问题已经严重制约着国民经济和社会发展。要解决好新世纪水的问题，就必须调整治水思路，转变治水方针，从工程水利向资源水利转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。在这个历史转变过程中，要把水利信息化放在优先的位置。

水文监测中无人机应用背景及需求

　目前，水文事业面临新形势、新任务，肩负重大的历史责任。洪涝灾害、干旱缺水、水污染、水土流失等问题，已经严重制约着国民经济和社会发展。要解决好水的问题，就必须调整治水思路，转变治水方针，从工程水利向资源水利转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变。在这个历史转变过程中，要把水利信息化放在优先的位置。水文基础设施建设整体水平落后于经济社会发展需求，是水文建设发展过程中的突出矛盾。信息是水文决策的基础，是正确分析和判断水文形势、科学地制定水文发展方案的依据。由于无人机低空遥感的高机动性、高分辨率等特点，使其在水文行业中的应用有着得天独厚的优势，在洪涝灾害、干旱缺水、水环境污染、河道拥堵等相关领域上，无人机低空遥感都能发挥其巨大的作用。

　无人机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，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。无人机还能完成水情监测、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。无人机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，还可以搭载合成孔径雷达设备，在云雾天气获得高清晰度图像。事实证明，无人机技术将在我国及全世界数字水利领域得到迅速而广泛的应用。无人机遥感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；工程项目挖填取弃土量，建设项目水土流失对周边及下游环境造成的影响等。运用传统的方法需要大量的人力、物力和时间，而利用无人机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。

具体应用

　　 1. 水资源调查、水资源用地信息管理、水资源巡查成图
 　　传统水资源调查、用地信息管理和水利巡查成图中，多用人工的方式进行调查，勘查人员携带相机从高处向河流拍照、乘船的方式对水资源面积调查。此种方法无法快速精确的执行勘测测量。在进行这些工作的过程中，可以充分结合无人机的特点，利用无人机对所需监测对象进行航拍，巡视，通过大范围飞行快速巡查，*一时间掌握水利资源调查信息。通过航拍测绘掌握地面水资源用地信息以及水资源调查成果，地面工作站根据实时航拍监控数据可以清晰分析水资源的实时动态，后期制作电子版或相片成果图，生成水资源巡查成图。提高了水资源调查小组户外调查办事效率，快速准确的为水资源面积、水资源地理信息和后期制作水资源巡查成图提供了不可代替的作用。
　　 2. 洪涝灾害、干旱缺水、水域覆盖面积调查、水域警戒线分析
　　传统的洪涝灾害发生后，多利用直升飞机在受灾区域上空进行航拍监控以及拍摄洪水覆盖面积，当遇到大面积干旱缺水的灾害，定损工作一般采取人工定损方式，定损作业效率缓慢。水域警戒的办法通常是以人工坐船的方式进行水深划分，没有鸟瞰图进行具体详细的划分。这些做法在洪涝灾害发生时无法快速应急，人工拍照角度没有鸟瞰图立体，同时因为定损面积大，人工作业缓慢。此种情况下可利用无人机快速从空中俯视蓄滞洪区的地形、地貌、水库、堤防险工险段，遇到险情时，无人机可克服交通等不利因素，快速抵达受灾区域，并实时传递现场信息，监视险情发展，为防汛决策提供准确的信息。无人机在抗旱监察工作中，可以避免人员深入田间地头，及时了解每个地区、每个灌区的水源储量，科学调度水库蓄水，做好蓄水抗旱工作，同时还充分掌握外河、外湖及内河水位变化情况。无人机的使用，特别适用于突发事件应急管理，大大降低了防汛抗旱工作人员承担危险工作的风险概率、提高了工作效率。能快速的为大型水库进行航拍包括水域覆盖面积调查、水域警戒线分析，通过航拍实时监测可以清晰了解水域面盖面积、通过航拍成图划分水域警戒线，并找到对应点进行围栏划分。提高了处理紧急预警突发事件和灾害的办事效率，快速准确的为受灾地区进行航拍、定损，为救援人员提供宝贵的搜救信息。 　　
　　 3. 水库蓄水水位监测、河流水文监测、水资源工程动态监测
在传统的水库蓄水水位监测、河流水文监测、水资源工程动态监测中，勘查人员携带相机在大坝围栏上对水库浮标进行拍照取证来获得水位信息、人工乘船的方式对上下游河流水文情况进行监测。在监测过程中，若遇到大面积河流污染无法精确的执行水质监测，同时会因为作业面积广阔，人工监测调查缓慢。此时，利用无人机则可以快速对所需监测对象进行实时监控，特别水库边缘区环境比较恶劣的地段，无人机可操控自如的完成监测任务。通过对上、下游河流快速巡查，*一时间掌握水文情况，特别是大面积的河流污染。
　　4. 重要水资源设备、设施安全监测，水库、坝区周边环境监测
　　在传统的水资源设备、设施安全监测，以及水库坝区周边的环境监测中，也多是采用人工乘船、徒步的方式进行监测，监测人员携带相机、DV、望远镜对水利设备设施进行巡检，水库、坝区周边环境一般采取徒步的方式进行定期巡查。也同样存在调查缓慢、无法快速精确完成监测任务的问题。利用无人机快速对重要的水资源设备进行监测，定点实时监控、巡视，特别水库边缘区环境比较恶劣的地段，可以方便的完成监测任务；当遇到水资源设施出现故障停止作业的情况，利用无人机能快速做出应急反应，对水资源设备进行实时监控，通过地面站发现可视故障问题。通过无人机空中悬停实时监控掌握大坝进水区和出水区实时动态信息，地面工作站根据实时航拍监控数据可以清晰分析大坝在工作中的实时动态，能够快速准确的为水利设施设备进行实时监控，解决了人工作业缓慢和不能及的缺陷。
　　 5. 用于堰塞湖等应急监测
　　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*一手的信息和科学决策依据。
　　 6. 冰凌应急监测
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。无人机对黄河河道冰凌航拍，具有稳定性好、起降灵活、 安全性高、实效性强等优势， 同时利用无人机遥感影像进行凌汛险情调查与堤防病害识别，具有人力成本低，时间快，复查周期短，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。

优势

　无人机自身优势：携带方便、操作简单、反应迅速、载荷丰富、任务用途广泛、起飞降落对环境的要求低、自主飞行。
无人机水文监测优势：
1. 提高了处理紧急预警突发事件和灾害的办事效率，快速准确地为受灾地区进行航拍、定损；为救援人员提供宝贵的搜救信息。
2. 提高了水利资源调查小组户外调查办事效率，快速准确地为水利资源面积、水利地理信息、后期制作水利巡查成图提供了不可代替的作用。
3. 快速准确的测量水库蓄水状况、准确监测上下游河流水质情况、和加强对水库、坝区作业实时监控。
4. 能够快速准确地为水利设施设备提供实时监控，解决了人工作业缓慢和不能力及的缺陷。

应用前景

　无人机在水利行业的防洪抢险、水文水资源监测、水土保持监测等方面有着更为广泛的应用前景。在日常防汛检查中，可以立体地查看水利工程、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。通过无人机的航空遥感技术来获取空间或地面的各类数据信息，具有机动灵活、续航时间长、影像数据实时性强以及对于高危险区域可进行实时现场探测等一系列优点，有效地弥补了卫星遥感或有人驾驶飞机航空遥感作业的局限和不足。在水利管理领域尤其是在防洪抢险以及抗旱减灾中，这一独特的优势将得到普及应用和发展。同时，无人机运输携带方便，其长时间的续航能力和远距离的遥控技术，可*大限度地满足防洪抢险、蓄滞洪区运用等水利管理的一些特殊环境下的需要。在需要实时了解运用的蓄滞洪区范围或是干旱区域面积时，使用无人机可非常有效地完成监测任务。
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，无人机遥感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；工程项目挖填取弃土量，建设项目水土流失对周边及下游环境造成的影响等。运用传统的方法需要大量的人力、物力和时间，而利用无人机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。随着我国水利现代化建设的不断发展和进步， 怎样加快水利信息化建设，有力支撑水利规划、建设、监测和管理等各项工作，特别是应对频繁发生的水涝干旱、森林火灾、冬雨冬雪等灾害影响，已成为摆在我们面前的重要问题。无人机系统的机动灵活、 续航时间长、视频影像的实时传输和不受地形地貌等区域环境影响的优势和特点，使无人机系统在水利管理领域中有更加广泛的应用前景。