前言 從黃河凌汛說起
每年的11月到來年的3月,是黃河的凌汛期,大量上游而來的冰塊堵塞河道,嚴重時會出現局部河段水位抬高進而造成安全隱患。

2022年年初,正當我們在為搶不到冰墩墩而著急上火的時候,水利部黃河水利委員會的專家們也在為上游漂浮而下的這些“冰墩墩”撓頭。
為了對整個凌汛河段進行高頻次,大范圍,準確判斷流凌與封河情況,黃委會無人機遙感監測小組使用大疆行業無人機M300搭載H20T,P1,L1等負載對凌汛河段進行了持續監控,使用的手段包括全景圖制作:

經緯M300 提供的流凌情況全景圖
激光雷達點云數據分析(通過點云模型測算出冰堆出水面高度、岸邊距、路橋距等信息,及時預測處理凌汛險情):

禪思L1激光雷達有效分辨河道凌汛情況
高精度正射影像進行寬度、面積測算:

大疆智圖快速測量黃河首封河段封凍長度,冰凌與岸邊距離
除此之外,還首次在夜間利用激光雷達對黃河進行夜間數據采集:

夜晚采集封凍河段堆冰激光雷達數據
***終此次凌期有驚無險,防凌工作圓滿成功。
其實,通過幾年的積累,大疆行業產品在水利領域的應用早已非常廣泛,搞測繪,查排污,看圖斑,抓盜捕等。凡是有水域巡查需求的行業,如環保、航運、海事等,也都發現用無人機相比傳統開船巡查確實高效很多,在“95加滿直接破產”的今天,每年省下的燃油費就夠買幾套無人機了。
就在這次防凌后的一個月,大疆的研發們又給我們掏出了全新的行業解決方案,不僅有新的飛機和負載,還有全新云平臺和大家盼了很久的機場,而且每個都是“王炸”級的產品。

經過一段時間的測試和實踐,我們發現這套方案解決了很多行業痛點,極大提升了現有工作的效率,而且上手難度不高。下面我們從水政執法和圖斑復合個場景來進行描述。

一、水政執法
水政執法部門河道巡察的對象有排污口、施工工地、垃圾堆放、非法采砂、非法建筑、非法捕撈等。

人均巡察監管的面積非常廣,一個月曬黑幾個色號不說,還有一定危險性,工作非常辛苦。

用無人機進行河道巡查的典型工作流如下:
1. 通過司空2在線建模功能,獲得河道的高清地圖,覆蓋衛星圖,并對要點進行標注;

2. 設定航線任務,沿河道自動飛行和拍照,打點標識關鍵點信息,記錄疑似排污、違建等信息;

航線規劃
3. 巡查完后在“一張圖”上顯示拍照信息,在媒體庫中隨時查看照片和視頻。

巡查數據在線查看
4. 利用紅外熱成像功能對夜間偷排和采砂等違法行為進行隱蔽偵查。

夜間排污
說到夜間作業,就不得不提禪思家族新成員——H20N

H20N: 我紅外八倍鏡加星光夜視儀,沒有人比我更懂夜的黑
可在夜間識別違法船只的船號或車輛車牌號,進行有效的取證工作。

H20N暗夜偵查效果
另一個水政執法的重要領域就是禁漁了。
因為過去幾十年的過度捕撈,以及“電毒炸”,“絕戶網”這類竭澤而漁的違法生產方式,致使我國的野生漁業資源大幅下降,長江流域一度幾乎無魚可捕。
從2021年1月1日開始,《長江十年禁漁計劃》計劃開始實行,在長江流域1江2湖7河全面禁止生產性捕撈。涉及青海、四川、西藏、云南、貴州、重慶、陜西、湖北、湖南、江西、安徽、江蘇、上海13個省、市、自治區。目標是達到“四清四無”。全國其他地區也加大了禁漁期執法力度,對掠奪式捕撈重拳出擊。

長江禁漁流域
非法捕撈現象在長江流域呈多點分布態勢。為規避查處打擊,不法分子多在夜間作案,捕撈地點大多選擇在偏遠區域,使用“三無船舶”、簡易木筏,這給打擊非法捕撈違法犯罪工作帶來了挑戰。
但魔高一尺道高一丈,大疆行業無人機從根本上解決了“看不清”、“抓不住”的困難,對心存僥幸和執法人員打“游擊戰”的違法人員形成強大且常態的震懾。
在實戰應用中,禁漁工作者總結出以下工作方式:
1. 手動高空巡查,發現捕撈作業船只,使用跟蹤功能鎖定船只,記錄漁具和漁獲等證據,記錄停泊地點位置;
2. 發現釣魚行為可進行高倍變焦后確認魚竿數量,以及有無漁網地籠等違法漁具;

手動巡查航線

無人機遠程取證效果
3. 也可通過司空2規劃航線,實現自動化巡邏,在河湖港汊等復雜水域有更高的效率,夜間使用紅外熱成像功能,發現有捕撈嫌疑的目標,暫停任務并手動接管,通過激光打點功能標記三維坐標,將位置同步給地面團隊進行執法。


通過司空2將目標信息同步給地面終端
4. 對于基層普法工作困難的情況,普法人員也使用搭載喊話器的M300 RTK無人機進行常態化法制宣傳。

這里也要給熱衷釣魚的朋友們提個醒,自然保護區內禁止垂釣,在公共水域釣魚時,只帶一鉤一竿,不要使用地籠漁網,文明垂釣。如果在禁漁期違反了以上規定,可能會面臨嚴厲處罰。
二、圖斑復合
圖斑復合是水土保持工作中的一項重要任務,水利部通過查看衛星圖,發現疑似擾動圖斑,下發到水行政主管部門,完成現場復核工作,按要求采集圖斑的影像數據。

在地形復雜區域,人力很難采集數據,有時一處圖斑采集甚至需要多個人天,耗時耗力。
這時M30便攜性高,功能強大的作用就體現出來了,可以裝在背包里,便于野外攜行。

全套裝備重量在10KG左右(3組電池),背起來雖然也不算輕,但看了一眼旁邊兩人抬的固定翼的大箱子,心理瞬間平衡。
大疆這次在圖傳上也做了升級,M30上配備了更快、更遠、更強的O3的圖傳,不僅增加天線數量,提升圖傳算法,還加入了自研的4G收發模塊,在圖傳斷了以后還能用4G做備份鏈路。使我們可以不帶著飛機翻山越嶺。


增加的遙控器天線和無人機機腹天線,解決了過去的信號盲區問題
功能強大的飛機,再加上這個1200尼特防水的帶物理按鍵的7寸大屏遙控器,真是兩件快樂事情重合在一起了。
在查圖斑的任務中,司空2可以先根據圖斑大致經緯度在地圖上標定位置,飛手可以遠距離直接飛向目標點。

到了之后拍攝并上傳全景圖,在線查看圖斑位置。

在線查看全景圖
如果要進行圖斑的面積、體積測量,那就要涉及到測繪應用了。眾所周知,傳統測繪工作者的工作吧,不能說很苦,但確實是有點不太輕松。
而無人機測繪解決方案,是測繪行業字面意義上的“升維”,通過無人機三維航拍,取代了扛著全站儀坐11路。

雖然M30系列無人機的定位不是專業測繪,無法和精靈4RTK,M300 RTK比較測繪精度,但依然能夠達到免相控亞米級,可以解決一些測繪場景的問題。我們通過實驗測試了M30的測繪精度,飛行高度100米,GSD 3.56cm,航向/旁向重疊均90%,速度7m/s,免像控誤差如下:

可以適用于圖斑分析、河道建模等對精度要求不是那么高的場景,下面以圖斑測量為例介紹主要操作流程:
1. 選擇M30廣角鏡頭,點選數據采集區域,高度模式“相對起飛點”,根據分辨率要求(GSD),設置飛行高度,設置飛行高度后GSD會自動計算數值,可進行參考修改高度;

2. 選擇M30廣角鏡頭,點選數據采集區域,高度模式“相對起飛點”,根據分辨率要求(GSD),設置飛行高度,設置飛行高度后GSD會自動計算數值,可進行參考修改高度;

3.新建任務->可見光,命名任務名稱


5. 等待模型重建完成,標注測量,可以通過上方的快捷鍵按鈕或右下方“標注與測量”菜單入口。

6. 選擇測量面積,在二維模型上鼠標“左鍵”可點擊不同位置,構成閉合區域,再點擊“右鍵”,即可自動完成面積測量計算。

更多詳細操作內容,可見官網大疆智圖Terra用戶手冊。
通過以上介紹,想必大家對于無人機在水利行業的應用有了初步的了解,目前大疆智圖和大疆司空2均可免費申請試用,有需求的朋友們可以嘗試用起來。
當然,水利及相關行業的應用還不止于此,洪澇防治、水庫和水利基礎設施的巡檢,都可以借助無人機實現治標治本的工作方法升級,多快好省地解決更多行業痛點。