无人机低空遥感技术在水文监测中的应用

0 引言

大部分自然灾害和大型灾害都具有突发性和多样性等特点，相关部门与应急抢险人员对于灾害的处理存在一定的困难和危险，这就需要结合现场的应急监测，由专业监测人员对危害现场的实际信息数据进行核实与监测，进而为各种灾害的调查、分析和指挥做出重要的技术支持。

1 无人机低空遥感技术的相关内容

1.1 无人机内容特点

无人机是一种通过无线电遥控设备或者机载计算机程控系统实施操作与控制的无人飞行器，其结构简单、成本较低，但是不能够完成有人机所执行的任务，其更加适用于一些不适合有人机执行的任务，例如危险区域的灾害调查、空中救援指挥和环境遥感监测等[1]。结合其系统的组成与分型特点，主要分为固定翼型无人机与无人驾驶直升机两种。其中，固定翼型无人机主要是通过机翼的滑行与动力系统结合的方式来完成起飞与降落，可以实现遥控与程控飞行，具有较强的抗风能力、种类较多，并且可以同时搭载较多的遥感传感器。固定翼型无人机起飞前需要比较空旷的场地，适合应用在矿上资源的监测、林业资源与草场监测、海洋环境监测以及土地利用监测等方面。

1.2 无人机遥感

无人机遥感是一种结合先进的无人驾驶飞行技术、遥感传感器技术、GPS差分定位技术、通信技术以及遥感应用技术的组合技术形式，可以使国土资源的获取实现自动化、智能化与专业化，并且可以应用于各种自然环境、灾区等空间遥感信息的传递和处理上[2]。该技术具有机动性高、快速、成本低的优势，目前已经成为世界各国关注的热点技术之一，也是未来航空遥感技术的重点研究项目。

2 水文应急监测技术特点分析

2.1 巡测优先、驻巡结合

在目前的水文应急监测方面，水利行业以及社会各界对水文的基础数据的要求在逐渐提高，水文监测的控制点与断面的数量在逐渐增加，因此完全依靠水文监测站的监测效果并不理想[2]。在此背景下，无人机低空遥感技术的应用可以全面了解到区域内部的水文信息，例如泥沙、水质以及水流量与流速等，然后在无人机上搭载高清摄像设备，及时获取区域内部的水文信息，为水文应急监测工作提供重要的数据基础。

2.2 应急监测、快速响应

我国是自然灾害发生较为频繁的国家之一，尤其是突发性水灾造成的损失十分巨大，例如水库出险、堤防决口、堰塞湖、泥石流、突发性水污染等。在此期间，水文应急监测与无人机遥感技术的应用，可以及时获取这些突发事件的信息，为相关的政府部门以及水文监测部门提供关键的数据支持，进而减少灾害的损失。近年来，随着我国科学技术的发展与“大水文”战略的实施，各种新技术与新设备正在不断研发与应用，例如地基雷达监测和航天航空雷达监测以及无人机低空遥感技术等，其中，无人机遥感技术在水文应急演练中的应用较为广泛，也是未来应用于水文监测工作的主要技术之一。

3 无人机影像处理方式

3.1 矫正畸变差

数码相机由于镜头光学设计方面的影响，未经过科学的校正，也没有测定内部的方位元素，在正常拍摄期间所获得的影像一般都具有非线性的光学畸变误差，在相机焦距不变的情况下，该误差属于正常范围。因此，需要在拍摄之前对数码相机三角测量的畸变差进行矫正，具体的矫正方式分为两种，一是直接矫正，通过直接矫正畸变图像中的像素坐标，进而实现矫正图像的目的。二是间接矫正，主要通过矫正畸变图像上面的坐标来实现最终的图像矫正。在实际应用中，直接矫正比较适合大部分的应急监测，因此较为常用。

3.2 实现空中三角测量工作

为了保证像片上面的像点坐标能够被精准获取，需要在空中三角测量工作实施期间，对影像的定位元素以及所需要的控制点坐标数据进行求解处理，一般常见的方式包含航带法、独立模型法以及光速法区域网空三测量[3]。其中，光束法是以投影的中心点、像点以及相应的地面点三点共线作为测量的主要条件，以单张像片为计算单元，结合像片之间的公共点与野外的控制点将各个像片之间的光束连接成一个区域，进而实施整体评测作业，最终求解出加密点的坐标。其主要的理论公式共线条件方程为：

其中，x与y代表某个像点的空间坐标；f代表摄像机的主焦距；地面对应的像点坐标用X，Y，Z表示；外方位线元素用XS，YS，ZS表示；方向余弦用a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2、c3表示[3]。

文章来源：《水文地质工程地质》 网址: http://www.swdzgcdzzz.cn/qikandaodu/2021/0322/543.html