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多旋翼无人机在防汛场景的典型应用

  近年来,无人机技术发展迅速。特别是多旋翼无人机,已走下高、大、上神坛,从高精尖的军品形象,逐步走向民用,甚至变成消费品。生产厂家由早期的大疆创新科技公司一枝独秀,发展到现在的遍地开花。在国家大力推广科技创新的政策激励下,以及广阔的市场应用前景,各行各业都竞相引入专业无人机,推动本行业的跨越式发展。


  多旋翼无人机的行业应用主要有:农业植保、电力巡查、公安消防、地形测绘、物流快递等。而水利行业应用主要靠借用测绘无人机现成产品,完成地形测量而已,不能采集防洪需要的水文数据,如水位、流速、流量、溃口/垮坝/堰塞湖工情数据等。本文介绍了防汛无人机水文测验系统的设计、组成和典型应用,并展望了无人机水文测验的发展前景。

  一、防汛无人机水文测验系统设计要点

  防汛无人机主要用于大洪水时快速获取获取目标区域内洪水水文信息和水利工程水毁信息。系统要把握以下设计要点:

  快速测量洪水淹没情况,采集地面照片资料,计算目标区域过水面积。

  提供溃口、堰塞湖泄流口等三维地形图,宽度和下切深度数据。

  快速获取关键过水断面的宽度、水位、流速、流量等水文数据。

  系统设备要轻便、可靠、操作简单。

  二、防汛无人机水文测验系统的组成

  防汛无人机水文测验系统的搭建,采用最先进的八轴八旋翼无人机飞行平台、高科技摄影和雷达传感器,无线通讯技术,配以专门开发的测控软件,实现设计要求的全部功能。


图1~防汛无人机水文测验系统

  八轴八旋翼飞行器内置RTKGPS定位仪,定位精度达到厘米级。空载续航时间45分钟,带载续航时间30分钟。

  飞行器可选择搭载斜摄影模块或水文测验模块。倾斜摄影为一体化五镜头集成照相机,内置电池、液晶显示器。在目标区域上空100米左右沿预定航线自主飞行,飞行半径500米。飞行数分钟即可完成一次测量任务。返回地面后由软件处理生成三维地形图。从图上可获得工程溃口宽度、堤岸高度、淹没范围、堰塞湖面积、洪痕水位等信息。

  飞行器搭载水文测验模块可进行水文数据采集。水文测验模块内置雷达波流速仪、雷达水位计、无线视频摄像头。全部飞行操作由地面计算机控制,通过专门开发的流量测验软件,按预先设置的测流断面、测速垂线、测速历时等测流参数自动飞行。


图2~飞行器搭载水文测验模块

  三、防汛无人机水文测验系统设几种典型应用

  溃口、垮坝、堰塞湖泄流等高流速危险区域的流速测量。由人工操作无人机,悬停在水面上方,直接测量表面流速,并记录视频资料。

  水文监测断面(有断面资料)的应急测流。高洪期流速大、漂浮物多,传统测流设备无法使用,超标洪水导致塌岸、洪水漫滩,测验人员无法接近测流断面施测。操作人员可根据事先输入的大断面和测速垂线,启用一键测流功能,飞行器自动悬停在逐条垂线位置采集流速和水位,完成所有垂线后自动计算流量,生成测速、测深记载及流量计算表。

  无断面资料的应急测流。飞行器拖带回声测深仪自动飞行渡河,获得过水断面数据。如果漂浮物过多,由人工操作,观察实时视频,提升测深仪避开漂浮物,逐点测深。完成断面测量后,操作人员按规范要求布设测速垂线,启用一键测流功能,飞行器自动悬停在逐条垂线位置采集流速和水位,完成所有垂线后自动计算流量。


图3~无断面资料的应急测流

  水毁和水文调查。飞行器挂载倾斜摄影传感器,在地面上空100米左右飞行拍照,返回地面后由软件处理生成三维地形图。可提供溃口、垮坝宽度、堤岸高度、淹没范围、堰塞湖面积、洪痕水位(需挂载水文模块)等数据。


图4~水文调

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