前言 从黄河凌汛说起
每年的11月到来年的3月,是黄河的凌汛期,大量上游而来的冰块堵塞河道,严重时会出现局部河段水位抬高进而造成安全隐患。
2022年年初,正当我们在为抢不到冰墩墩而着急上火的时候,水利部黄河水利委员会的专家们也在为上游漂浮而下的这些“冰墩墩”挠头。
为了对整个凌汛河段进行高频次,大范围,准确判断流凌与封河情况,黄委会无人机遥感监测小组使用大疆行业无人机M300搭载H20T,P1,L1等负载对凌汛河段进行了持续监控,使用的手段包括全景图制作:
经纬M300 提供的流凌情况全景图
激光雷达点云数据分析(通过点云模型测算出冰堆出水面高度、岸边距、路桥距等信息,及时预测处理凌汛险情):
禅思L1激光雷达有效分辨河道凌汛情况
高精度正射影像进行宽度、面积测算:
大疆智图快速测量黄河首封河段封冻长度,冰凌与岸边距离
除此之外,还首次在夜间利用激光雷达对黄河进行夜间数据采集:
夜晚采集封冻河段堆冰激光雷达数据
最终此次凌期有惊无险,防凌工作圆满成功。
其实,通过几年的积累,大疆行业产品在水利领域的应用早已非常广泛,搞测绘,查排污,看图斑,抓盗捕等。凡是有水域巡查需求的行业,如环保、航运、海事等,也都发现用无人机相比传统开船巡查确实高效很多,在“95加满直接破产”的今天,每年省下的燃油费就够买几套无人机了。
就在这次防凌后的一个月,大疆的研发们又给我们掏出了全新的行业解决方案,不仅有新的飞机和负载,还有全新云平台和大家盼了很久的机场,而且每个都是“王炸”级的产品。
经过一段时间的测试和实践,我们发现这套方案解决了很多行业痛点,极大提升了现有工作的效率,而且上手难度不高。下面我们从水政执法和图斑复合个场景来进行描述。
一、水政执法
水政执法部门河道巡察的对象有排污口、施工工地、垃圾堆放、非法采砂、非法建筑、非法捕捞等。
人均巡察监管的面积非常广,一个月晒黑几个色号不说,还有一定危险性,工作非常辛苦。
用无人机进行河道巡查的典型工作流如下:
1. 通过司空2在线建模功能,获得河道的高清地图,覆盖卫星图,并对要点进行标注;
2. 设定航线任务,沿河道自动飞行和拍照,打点标识关键点信息,记录疑似排污、违建等信息;
航线规划
3. 巡查完后在“一张图”上显示拍照信息,在媒体库中随时查看照片和视频。
巡查数据在线查看
4. 利用红外热成像功能对夜间偷排和采砂等违法行为进行隐蔽侦查。
夜间排污
说到夜间作业,就不得不提禅思家族新成员——H20N
H20N: 我红外八倍镜加星光夜视仪,没有人比我更懂夜的黑
可在夜间识别违法船只的船号或车辆车牌号,进行有效的取证工作。
H20N暗夜侦查效果
另一个水政执法的重要领域就是禁渔了。
因为过去几十年的过度捕捞,以及“电毒炸”,“绝户网”这类竭泽而渔的违法生产方式,致使我国的野生渔业资源大幅下降,长江流域一度几乎无鱼可捕。
从2021年1月1日开始,《长江十年禁渔计划》计划开始实行,在长江流域1江2湖7河全面禁止生产性捕捞。涉及青海、四川、西藏、云南、贵州、重庆、陕西、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海13个省、市、自治区。目标是达到“四清四无”。全国其他地区也加大了禁渔期执法力度,对掠夺式捕捞重拳出击。
长江禁渔流域
非法捕捞现象在长江流域呈多点分布态势。为规避查处打击,不法分子多在夜间作案,捕捞地点大多选择在偏远区域,使用“三无船舶”、简易木筏,这给打击非法捕捞违法犯罪工作带来了挑战。
但魔高一尺道高一丈,大疆行业无人机从根本上解决了“看不清”、“抓不住”的困难,对心存侥幸和执法人员打“游击战”的违法人员形成强大且常态的震慑。
在实战应用中,禁渔工作者总结出以下工作方式:
1. 手动高空巡查,发现捕捞作业船只,使用跟踪功能锁定船只,记录渔具和渔获等证据,记录停泊地点位置;
2. 发现钓鱼行为可进行高倍变焦后确认鱼竿数量,以及有无渔网地笼等违法渔具;
手动巡查航线
无人机远程取证效果
3. 也可通过司空2规划航线,实现自动化巡逻,在河湖港汊等复杂水域有更高的效率,夜间使用红外热成像功能,发现有捕捞嫌疑的目标,暂停任务并手动接管,通过激光打点功能标记三维坐标,将位置同步给地面团队进行执法。
通过司空2将目标信息同步给地面终端
4. 对于基层普法工作困难的情况,普法人员也使用搭载喊话器的M300 RTK无人机进行常态化法制宣传。
这里也要给热衷钓鱼的朋友们提个醒,自然保护区内禁止垂钓,在公共水域钓鱼时,只带一钩一竿,不要使用地笼渔网,文明垂钓。如果在禁渔期违反了以上规定,可能会面临严厉处罚。
二、图斑复合
图斑复合是水土保持工作中的一项重要任务,水利部通过查看卫星图,发现疑似扰动图斑,下发到水行政主管部门,完成现场复核工作,按要求采集图斑的影像数据。
在地形复杂区域,人力很难采集数据,有时一处图斑采集甚至需要多个人天,耗时耗力。
这时M30便携性高,功能强大的作用就体现出来了,可以装在背包里,便于野外携行。
全套装备重量在10KG左右(3组电池),背起来虽然也不算轻,但看了一眼旁边两人抬的固定翼的大箱子,心理瞬间平衡。
大疆这次在图传上也做了升级,M30上配备了更快、更远、更强的O3的图传,不仅增加天线数量,提升图传算法,还加入了自研的4G收发模块,在图传断了以后还能用4G做备份链路。使我们可以不带着飞机翻山越岭。
增加的遥控器天线和无人机机腹天线,解决了过去的信号盲区问题
功能强大的飞机,再加上这个1200尼特防水的带物理按键的7寸大屏遥控器,真是两件快乐事情重合在一起了。
在查图斑的任务中,司空2可以先根据图斑大致经纬度在地图上标定位置,飞手可以远距离直接飞向目标点。
到了之后拍摄并上传全景图,在线查看图斑位置。
在线查看全景图
如果要进行图斑的面积、体积测量,那就要涉及到测绘应用了。众所周知,传统测绘工作者的工作吧,不能说很苦,但确实是有点不太轻松。
而无人机测绘解决方案,是测绘行业字面意义上的“升维”,通过无人机三维航拍,取代了扛着全站仪坐11路。
虽然M30系列无人机的定位不是专业测绘,无法和精灵4RTK,M300 RTK比较测绘精度,但依然能够达到免相控亚米级,可以解决一些测绘场景的问题。我们通过实验测试了M30的测绘精度,飞行高度100米,GSD 3.56cm,航向/旁向重叠均90%,速度7m/s,免像控误差如下:
可以适用于图斑分析、河道建模等对精度要求不是那么高的场景,下面以图斑测量为例介绍主要操作流程:
1. 选择M30广角镜头,点选数据采集区域,高度模式“相对起飞点”,根据分辨率要求(GSD),设置飞行高度,设置飞行高度后GSD会自动计算数值,可进行参考修改高度;
2. 选择M30广角镜头,点选数据采集区域,高度模式“相对起飞点”,根据分辨率要求(GSD),设置飞行高度,设置飞行高度后GSD会自动计算数值,可进行参考修改高度;
3.新建任务->可见光,命名任务名称
5. 等待模型重建完成,标注测量,可以通过上方的快捷键按钮或右下方“标注与测量”菜单入口。
6. 选择测量面积,在二维模型上鼠标“左键”可点击不同位置,构成闭合区域,再点击“右键”,即可自动完成面积测量计算。
更多详细操作内容,可见官网大疆智图Terra用户手册。
通过以上介绍,想必大家对于无人机在水利行业的应用有了初步的了解,目前大疆智图和大疆司空2均可免费申请试用,有需求的朋友们可以尝试用起来。
当然,水利及相关行业的应用还不止于此,洪涝防治、水库和水利基础设施的巡检,都可以借助无人机实现治标治本的工作方法升级,多快好省地解决更多行业痛点。