水利水电工程应用无人机技术测量的分析

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水利水电工程应用无人机技术测量的分析

山东茂隆新材料科技有限公司 2021-01-12 2487


摘要:在信息化时代数据爆炸的今天,对信息实时性的掌握成为诸多行业优化发展的重要基础。水利水电工程对地形、成本、精度的要求越来越高,传统的工程测量技术应付高精度、实时性的数据信息采集工作具有一定的棘手性,无人机以其机动灵活、高分辨率、低成本、高时效等特点,在遥感测量方面具有无可比拟的优越性。本文分析了无人机技术的原理、特点,探讨其在水利水电工程测量方面的应用前景。

关键词:水利水电 无人机 技术测量

无人机是通过地面远距离无线遥控和机载计算机远程控制系统进行操控的不载人飞行器,具有设计结构相对简单、飞行灵活、运行成本低等特点。随着信息化技术的发展,无人机技术也在多个行业得到了运用发展,如快递运输、遥感测量等,其较为全面的成像技术、精准的数据测量,相关应用也得到了社会的广泛关注。探讨无人机技术在水利水电技术测量中的应用,有助于克服相对复杂的地形地貌,实现数据的全面覆盖,提高数据的精准性,具有积极的现实意义。

1.无人机技术概述

无人机,简言之就是无人驾驶的飞机,英文缩写“UAV”,是利用无线电遥控设备和系统程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机实际上是无人驾驶飞行器的统称,从技术角度定义触发可以分为:无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器等多种机型。

1 . 1无人机的工作原理

无人机机体通常偏小,由机体、飞机控制系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统五大主体部分构成,飞机控制系统是无人机飞行控制的关键,是飞机的“心脏”;数据链系统主要功能是准确传输遥控的指令,保障数据信息在控制人员与无人机之间进行高效、有序的实时传输;发射回收系统是确保无人机可以顺利飞抵标准高度及安全返回,实现重复使用的系统保障。无人机不同的机型,其功能也有所差别,无人直升机、无人固定翼飞机、无人多旋翼飞行器特点如下表所示。

1 . 2无人机特点

无人机是近年来在民用领域引起广泛关注的适用性较强的科学技术,是飞行、遥控、遥测与计算机技术的完美融合,较之于传统的测量手段,具有明显的优势。

1.2.1数据信息精度高

无人机在军用领域具有较多的经验,民用领域应用时间短且多是低空飞行,高度一般在50~1000m左右,对于地形地貌的图像捕捉属于近景测量,精度属于亚米级别,测量范围在0.1~0.5m之间。

1.2.2机动、实时、高效

无人机因其较低的飞行高度,不受传统飞行器航空管制的约束,而且

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受天气的影响较小,机动性高,可以全天候接受飞行任务。相较于传统的人操控飞行器,无人机成本较低,携带的摄影器材成本也不高,可以进行低空全景的数据采集,有效降低成本的同时提高了数据信息的采集效率。

1.2.3安全、灵活

无人机对于起降场地没有特殊要求,适应性极强,运行操控准备时间也较短,控制人员通常在经过短暂培训后即可以进行无人机操作。同时,无人机不需要人员进行实机机体内的操作,在天气条件恶劣的时候也可以进行测量作业,而且可以避免相应的人员伤害情况,安全性高。

1.2.4全方位测量

无人机对于数据信息的采集可以实现高精度的要求。无人机通常携带高精度的成像设备对地面影像进行采集,也可以进行垂直或者斜影拍摄,通过垂直的拍摄行程地形的平面数据,对地形、建筑物进行低空多角度的拍摄获取高分辨率的纹理影像,实现了对地貌进行全方位的数据采集。理论而言,三颗遥感卫星即可以实现对全球地面的全覆盖,通过与卫星遥感技术的结合,可以限度扩大无人机测量的范围。数据信息也是通过卫星或者地面信息站点进行传输,对地形的全方位数据采集,有效的解决的遥感技术与传统航测技术对于地面复杂地形的遮挡问题,实现了优势的互补及数据的全方位采集。

2.无人机技术在水利水电工程测量中的应用

水利水电工程需要在地形条件较为复杂的区域施工,对地形测量数据的精准性是工程设计优化的基础,更是工程有序、安全进展的重要保障。在工程测量中,人为测量方式受地形地貌的限制较大,卫星遥感在小面积的数据精确性方面又有不足,与传统的航空测绘作业活动相比,无人机具有机动灵活、反应迅速等诸多优点,是DEM数据获取的一项重要手段,能够填补通用航空在小面积、大比例尺摄影测量方面的空白,实用性较强。

2 . 1数据信息实时性

水利水电工程建设涉及生态环境、动态数据监控等多个方面,无人机数据信息的高效、高精等实时性特征对于及时把握第一手的工程现场数据信息具有重要作用。利用无人机,搭配空间信息技术,有效结合中低空无人机遥感测量数据与卫星空间技术的大范围数据信息,可以实现对工程周边环境的全覆盖,建立科学的工程设计,及时发现工程中存在的问题或者引起周边水土资源的变化,采取切实有效的优化措施,提高工程建设使用中的实效性。

2 . 2实现科学的水域动态监测

水利水电工程对区域内的生态环境具有重大的影响,需要对水文信息进行动态的检测,掌握及时有效的数据,综合全面的分析环境影响。区域内的水文信息每时每刻都在发生着变化,依据传统的统计数据显然不具有时效性,无人机的遥感测量技术可以实现对水文信息的实时采集,通过高精度的影像收集设备,经过对比分析呈现出水文环境的变化,不仅有助于降低人力、物力测绘成本,也有助于提高监测效率。通过全民水域基础数据信息的收集,依据科学的信息处理流程,对分区域的水文信息汇集成像,准确获取不同区域水文信息的面积、类型、权属及分布,建立切实有效的不同部门的联合机构,构建水域动态数据的检测及管理机构,既保障水利水电工程的顺利运转,更保障生态环境的平衡。

2.3促进防汛工作开展

2004年7月,无人机遥感监测技术应用于暴雨引起的广西桂平市蒙圩镇洪涝灾害调查,第一时间获取了洪涝区、退水区、非洪涝区等信息的遥感图,为抗险救灾提供了重大帮助,这也是我国首次利用自控无人驾驶飞机对洪涝灾害的遥感监测的纪录。无人机的高机动性、低成本、数据影像收集快速、高效性,是空间数据收集的重要方式。水利水电工程在提供电力资源的同时,也是调节水流、防汛抗旱的基础工程保障,在日常的防汛检查中,无人机可以有效克服交通不畅、地形条件恶劣的影响,全时、全方位的进行滞洪区的水域环境监测,立体化的查看水库、敌方等险工险段,为管理控制人员提供第一手的信息资料,有助于形成更科学、合理的管理系统。同时,无人机机体小,便于携带,对其降落场地也没有特殊要求,一旦发生洪险,人可以在安全区域进行操作,无人机进入出险区域,有效的降低了人身伤害的风险。

3.结语

水利水电工程需要克服复杂的地形地貌环境,人工进行相关事项的测量越来越不符合实际的需求,无人机以其高机动性、实效性、全时性,为工程测量提供了重要的技术支撑,不仅有助于提供第一手的全面信息资源,也有助于降低成本提高工程的经济性。随着信息技术的发展,无人机的性能必将得到更人性化的升级,对水利水电工程而言,其数据监测的实效性也必将更进一步。

参考文献:

[1]尚海兴,薛绍军,雷建朝等.无人机低空摄影测量技术在水电工程测绘的应用[J].西北水电.2014[11].

[2]谷国涛,吴良才.无人机遥感技术数据特点及其应用[J].科技致富向导.2011[10].

[3]牛君瑜,孙超江.无人机技术在水利领域应用的探讨[J].海河水利.2012[10].


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