山东黄河河道无人机巡检系统建设与实践

山东黄河 河道无人机巡检系统建设与实践

许雅宁 段同苑

山东黄河信息中心，济南 250013

摘 要：传统的河道人工巡检方法不仅工作量大、条件艰苦，而且效率低下，特别是对冰灾、水灾、滑坡以及夜晚期间巡检检查，所花时间长、人力成本高、困难大、风险高，某些水域区域和某些巡检项目人工巡查方法目前还难以完成，有一些巡检项目靠常规方法根本就不可能完成。随着河长制的全面推行，河道巡检的要求不断提升，工作量也日益加大传统的巡检方式已经难以满足现代水域系统的广泛需求，水域巡视完成率始终无法得到保证，是非常棘手问题。利用无人机飞行器进行水域巡检已成为国内外水域管理、运维单位的共识，无人机实现了电子化、信息化、智能化巡检，提高了水域巡检的工作效率、应急抢险水平和环境治理效率，无人机在未来水域工程建设中将会发挥出更加强劲的优势。

关键字：无人机；平台；巡检；一体化

1 背景

为了健全生态保护补偿机制，有力促进了水资源保护、水域岸线管理、水污染防治、水环境治理等工作，2017年3月起我国全面推行河长制，并从六个方面开展河湖管理保护工作：一是加强水资源保护，全面落实最严格水资源管理制度，严守“三条红线”；二是加强河湖水域岸线管理保护，严格水域、岸线等水生态空间管控，严禁侵占河道、围垦湖泊；三是加强水污染防治，统筹水上、岸上污染治理，排查入河湖污染源，优化入河排污口布局；四是加强水环境治理，保障饮用水水源安全，加大黑臭水体治理力度，实现河湖环境整洁优美、水清岸绿；五是加强水生态修复，依法划定河湖管理范围，强化山水林田湖系统治理；六是加强执法监管，严厉打击涉河湖违法行为。

山东黄河河道约628公里，河道特点是河道上宽下窄，又有“地上悬河”、四汛、洪水灾害等因素。虽然1946年人民治黄以来，黄河治理开发取得了举世瞩目的巨大成就。但黄河“二级悬河”不利形态威胁堤防和滩区群众安全、河道未得到有效控制。为确保人民生命财产安全、保障全面推进实施国家规划，建立全覆盖、立体化、高精度的国家水域综合管控体系，全面实现“监测立体化，反应快速化、执法规范化和管理信息化”的目标，必须加快水域系统监管能力建设，加强水域的重大设施布局和装备配置，提高水域监测效率和应急快速反应能力。

2 建设思路

从国外先进国家的发展经验来看，水域监测呈现三大趋势：装备现代化、监测立体化、信息综合化。监测立体化的要求则必然涉及到航空器，由于无人机由于具有很多无可比拟的优势，其发展迅速，应用领域也不断扩大，国外发达国家已经成功将无人机应用于水域巡检监测工作中，集高科技于一体的无人机具有机动灵活、高效低成本、多载荷任务、适应性强，监测速度快，智能化程度高、安全可靠的独特优势，为水域系统更好地完成“规划河道、测量地形图、常规水域巡查、应急抢险”等任务提供了一种有力的手段，具有不可替代的支撑作用，通过试点，逐步推广应用，必将带来极大的经济效益和社会效益。

3 建设目标

通过构建以“无人机管控数据中心”为核心，具有“安全、可靠、经济”等特征的高可用综合监控体系，可显著降低水域巡视任务的劳动强度和安全隐患，有效积累水域运行及周边环境数据，满足河道湖泊的日常巡视和应急处置等典型任务需要，为进一步提升水域管理和运行的信息化水平提供示范。

4. 系统组成

系统前端使用大疆无人机、云盒作为数据采集平台，利用4G/5G基础网络设施，结合无人机云平台的后端支持，可以实现在App、Pad、5G网联无人机地面站客户端等多端实时在线多机直播、飞行数据管理、远程多端监管、远程控制等功能，保证行业用户对无人机数据回传的及时性要求，同时对设备、人员、航线的科学管理，解决数据应用、资产闲置、业务创新的难题。

图1 系统结构图

（1）采集端即为无人机、负载、御空APP及云盒M1，其为数据采集提供搭载平台。

（2）操作端为可见光载荷如禅思P1，用于在可见光环境下对目标影像进行采集。同时进行仿地飞行及抖动拍摄三维数据。另可按需选配喊话器、照明灯等负载，以满足空中督导、夜间巡查等业务需求。

（3）数据传输端包含4G/5G移动网络或专用网络，用于将图像数据、控制数据及其他数据上传飞机或下行传输至终端。

（4）无人机云平台提供包括丰富的融合能力，如API接口、SDK以及标准的GB/T28181视频接口，进行第三方业务平台集成，同时具备数据管理（飞行、历史），任务管理（航线、人员、管控区），远程控制（载荷、平台），多路直播、一键分享等后端管理功能。

5 实施内容

采用“无人机+5G测控网+数据中心”的一体化建设方案，将巡视数据的“采集-传输-处理-应用-管理”等环节标准化、规范化，全部纳入管理信息系统，实现运行状态的全称追溯。满足河道巡视工作的标准化、规范化和信息化的要求，

根据水域日常巡视业务规则，在无人机管控数据中心制定无人机巡视计划，结合水域地形环境和气象条件，规划无人机飞行航路、载荷任务计划、分布式测控与水域巡视数据接收计划；根据形成的上述计划，向空管部门申请飞行空域和频域资源，组织飞行巡视后勤和人力资源保障；

飞行计划获批后，无人机管控数据中心操作人员按计划组织实施无人机水域巡视：指挥在现场的操作人员对无人机和机载设备进行程序检查，并完成飞行参数设定，根据执行任务要求编制任务程序，完成无人机的起飞；操作人员可以依托一体化测控网络进行遥控指挥，也可以使用全球定位系统GPS进行自动化导航飞行；

无人机管控数据中心操作人员依托一体化测控网络接收无人机遥测数据，掌握飞行和任务完成状态，通过与飞行计划对比，指挥控制无人机按计划完成水域巡视任务；无人机搭载的可见光、红外等探测载荷，按计划获取水域上方的遥感数据，通过一体化测控网络汇集传递到无人机管控数据中心，辅助操作人员实现对长距离水域的空中巡视。

6 结论

应用实例表明，水域系统配置无人机与人工巡检、有人机巡检等监管系统有效结合，可促进以“全方位覆盖、全天候运行、全过程监控”为特征的安全监管体系建设，全面提升水域系统依法行政和为公共服务的能力和水平。

参考文献

[1]王亚先，韩军等.关于无人机自动巡检方法的研究[J].计算机仿真2017，03:056.

[2]蔡阳.智慧水利建设现状与发展思考[J].水利信息化,2018(4):1-6.

[3]张春杰.智慧水利的十大支撑技术[J].河北水利,2017,000(010):33-33.