無人機(jī)技術(shù)解決水環(huán)境工作中的難點(diǎn)問題

劉彥喬，歐陽凱，許 健

（北京市京密引水管理處，北京 101400）

早在“十三五”規(guī)劃中就提到了水利系統(tǒng)建設(shè)的信息化，但實(shí)際應(yīng)用還處于探索階段。京密引水渠是北京市重要的水利工程，引渠經(jīng)密云、懷柔、順義、昌平、海淀五個區(qū)至團(tuán)城湖供水樞紐，全長100多公里，肩負(fù)著正、反向輸供水的重要任務(wù)[1]。為了保障水源安全，水環(huán)境管理工作就顯得尤為重要，故此，探索使用無人機(jī)技術(shù)解決水環(huán)境管理工作中的難點(diǎn)問題，從而為社會大眾營造良好的水事秩序。

1 京密引水渠水環(huán)境的基本情況

近年來，京密引水渠水環(huán)境治理情況受到社會大眾的普遍關(guān)注，水務(wù)部門按照“科學(xué)決策、突出重點(diǎn)、綜合治理、著重實(shí)效”的工作方針，不斷加大水環(huán)境管護(hù)力度，近些年沿渠安裝了約210km的防護(hù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了渠道的封閉式管理，有效減少了游泳、釣魚等違法涉水行為，為引渠水環(huán)境保護(hù)工作提供了較好的基礎(chǔ)[2]。但渠道還有部分區(qū)域受各種社會因素的影響較大，成為水環(huán)境管理工作中的難點(diǎn)問題，通過對京密引水渠水環(huán)境現(xiàn)況的研究發(fā)現(xiàn)，目前難點(diǎn)問題主要有違規(guī)傾倒垃圾渣土、違法涉水行為、水質(zhì)檢測不及時、違章建筑存在安全隱患等問題。

2 水環(huán)境管理中的難點(diǎn)問題

2.1 違規(guī)傾倒垃圾渣土

京密引水渠渠道較長，引渠兩岸村鎮(zhèn)、企業(yè)較多，且緊鄰交通要道，渠道周邊游玩人員較多，部分外來游玩人員素質(zhì)不高，亂扔垃圾現(xiàn)象時有發(fā)生。隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn)、平原造林工程的落實(shí)，渠道周邊時常發(fā)現(xiàn)違規(guī)傾倒垃圾渣土的現(xiàn)象，且堆放地點(diǎn)多為日常巡視的死角。近四年來，每年平均出動保潔人員8 000多人次、保潔車輛約600臺班、清理垃圾渣土1 337m3、打撈水面漂浮物619m3、打撈水草220m3。如圖1所示。

圖1 垃圾渣土情況信息圖

2.2 違法涉水行為存在

引渠內(nèi)游泳、釣魚等違法涉水行為屢禁不止，特別時春、夏、秋三個季節(jié)，違法涉水行為達(dá)到全年總量的八成以上。管理人員進(jìn)行勸阻時，違法涉水人員經(jīng)常沿著擋墻逃走，而后翻越護(hù)網(wǎng)逃竄，為避免意外情況的發(fā)生，管理人員不敢深追。過去違法取證的手段主要是執(zhí)法人員依靠攜帶的執(zhí)法記錄儀進(jìn)行攝像取證，但由于執(zhí)法人員有一定的辨識度（比如車輛、衣服的標(biāo)識等），會被當(dāng)事人提前察覺逃跑，難以抓到現(xiàn)行，取證立案就成了難題。近四年來，平均每年出動巡視人員2 000多人次、巡視車輛670多車次、勸阻制止游泳、釣魚等違法行為240 余人次。如圖2所示。

圖2 違法涉水情況圖

2.3 水質(zhì)檢測不及時

京密引水渠主要以明渠的方式進(jìn)行輸供水，因外界因素導(dǎo)致水體受到污染，水質(zhì)將會受到嚴(yán)重影響。當(dāng)巡視人員發(fā)現(xiàn)水質(zhì)因污染出現(xiàn)明顯的現(xiàn)象（如氣味、顏色、渾濁度等現(xiàn)象），上報領(lǐng)導(dǎo)，安排人員取水樣，送檢測公司檢驗(yàn)水質(zhì)，會消耗大量的時間，且因?yàn)闀r間差關(guān)系無法準(zhǔn)確反映水質(zhì)情況。

2.4 違章建筑存在安全隱患

由于歷史遺留問題，京密引水渠管理范圍內(nèi)還存在部分違章建筑，有的已經(jīng)拆除，有的才拆除一部分。這些建筑存在安全隱患，管理人員查看時存在安全風(fēng)險，但由于工作的需要，又要進(jìn)入建筑物內(nèi)拍照、測量，以便上報存檔。如果有更好更安全的方式方便拍照測量，可以降低工作人員的安全風(fēng)險程度。

3 無人機(jī)在水環(huán)境管理工作中的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 安全系數(shù)高

在水環(huán)境管理工作中可以利用無人機(jī)的各項(xiàng)功能來完成危險系數(shù)較高的工作，這樣降低了工作人員的安全風(fēng)險，提高了安全性。比如，水樣采集人員不必乘船在水面上采樣，只需要在安全的地點(diǎn)操控?zé)o人機(jī)就可以完成采樣工作。這種方式所面臨的風(fēng)險較小，管理人員可以在安全的環(huán)境下采集水樣，提高了工作的安全性[3]。

3.2 提高工作效率

在水環(huán)境管理工作中運(yùn)用無人機(jī)進(jìn)行巡視檢查，可以克服地形和地勢方面的困難，以直線的路徑到達(dá)想要檢查的區(qū)域，為水環(huán)境管理工作節(jié)省大量時間的同時，也可以檢查到一些平常巡視中難以覺察到的死角，從而有效提高水環(huán)境管理工作的效率。另外，當(dāng)無人機(jī)將水樣采取完畢后，降落在岸邊，直接收取無人機(jī)和水樣就可以離開，減少了通常情況下船只返回?？奎c(diǎn)并固定的時間。

3.3 避免出現(xiàn)污染

在水樣采集工作中，船只一般以柴油為動力，船只在行駛過程中會產(chǎn)生廢氣及其他有毒物質(zhì)，如果船只出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，油污會漂浮在水面上，會對水源及水環(huán)境造成非常嚴(yán)重的影響。而無人機(jī)以電能為能源，只要使用過程中操作得當(dāng)，就不會對水環(huán)境造成污染，相比之下，使用無人機(jī)非常環(huán)保。

3.4 降低工作成本

由于京密引水渠渠道相對較長，在巡視檢查工作中，會使用較多車輛，且水樣采集工作中會應(yīng)用到船只。無論是車輛還是船只，都需要燃料方能運(yùn)轉(zhuǎn)行駛，這就會增加管理工作的成本，而無人機(jī)的廣泛使用，可以用相對便宜的電能代替燃料，降低了燃料的消耗，減少了水環(huán)境管理工作的成本。

4 應(yīng)用無人機(jī)解決難點(diǎn)問題

4.1 針對違規(guī)傾倒垃圾渣土的問題

基于現(xiàn)實(shí)情況，管理人員不可能實(shí)時關(guān)注渠道每個角落，但針對違規(guī)傾倒垃圾渣土的問題，可以操作搭載有高分辨率攝像機(jī)的無人機(jī)，使之懸浮于空中，從俯視的角度查看渠道情況，確定垃圾渣土的堆放位置，以便運(yùn)維單位進(jìn)行清理。這樣的方式與徒步檢查形成“人機(jī)交互，立體交叉”的管理方式，使管理人員更易發(fā)現(xiàn)堆放在死角處的垃圾渣土，更好地解決垃圾渣土問題。

4.2 針對違法涉水行為存在的問題

水環(huán)境治理本身并不是以懲罰違法涉水人員為目的，而是以減少甚至杜絕違法涉水行為的發(fā)生為目標(biāo)，因此將游泳、釣魚等違法涉水人員勸走即可，不必冒著生命安全進(jìn)行驅(qū)趕。無人機(jī)搭載播音裝置對游泳、釣魚人員勸阻的方式在部分地區(qū)已有實(shí)施，效果顯著。無人機(jī)也可以搭載高清攝像頭用于拍照，工作人員就不必親自到達(dá)現(xiàn)場，可以在不被違法涉水人員發(fā)現(xiàn)的同時完成拍照取證工作。

4.3 針對水質(zhì)檢測不及時的問題

無人機(jī)進(jìn)行水質(zhì)檢測工作有管理人員即可完成，應(yīng)用搭載光譜傳感器的高性能無人機(jī)，光譜傳感器可以選擇Mica Sense Red Edge傳感器，此款多光譜傳感器能提供藍(lán)、綠、紅、紅邊及近紅外5個光譜帶的數(shù)據(jù)，對水體進(jìn)行圖像采集，以便于對水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時分析。這種方法與人工取水送檢測公司相比，全部都由管理人員完成，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時不會對水源及水環(huán)境造成二次污染。

4.4 針對違章建筑存在安全隱患的問題

部分違建大門緊鎖，使得管理人員難以進(jìn)入其中了解實(shí)時信息，由于工作需要進(jìn)入違建房內(nèi)拍照、測量時，還要注意自身安全。使用無人機(jī)完成拍照檢查工作，管理人員在建筑物周邊就可以完成相關(guān)工作，不必親自進(jìn)入違建內(nèi)，保障了人身安全。

5 無人機(jī)其他方面的使用情況

5.1 巡視檢查方面

京密引水渠周邊部分地區(qū)還是土路，夏季一旦降雨，道路泥濘難行，而無人機(jī)可以無視道路泥濘，直達(dá)想要檢查的區(qū)域，完成水環(huán)境檢查工作。如圖3所示，此山洪橋常年有積水，車輛行駛在上面易打滑；巡視人員徒步巡視時會弄濕衣服、冬天容易滑栽，使用無人機(jī)飛過橋梁，即可清晰地觀測到山洪橋上面的情況，保障安全的同時提高了工作效率。

圖3 某山洪橋俯視圖

5.2 測繪方面

京密引水渠已有五、六十年的歷史，部分建筑物與原有設(shè)計方案的位置可能出現(xiàn)變化，考慮到部分無人機(jī)具有航拍測繪功能（比如大疆精靈4），可以使用無人機(jī)對渠道進(jìn)行測繪，確定渠道現(xiàn)有水工建筑物的實(shí)際位置情況。采用無人機(jī)低空攝影測量技術(shù)，快速高效地獲取研究區(qū)域的正射影像及堤防影像，再通過相應(yīng)的軟件合成渠道的影像，完成測繪。

5.3 宣傳方面

水環(huán)境保護(hù)工作其中一個非常重要的方面就是宣傳工作，通過各種方式，向社會大眾宣傳水法及保護(hù)水源的重要性，提高民眾的參與度，使社會大眾樹立河湖保護(hù)意識，形成重視水環(huán)境的社會氛圍。而無人機(jī)配備語音播報裝置進(jìn)行播報就是一個很好的方向，管理人員操作無人機(jī)在渠道管理范圍內(nèi)人員密集的區(qū)域宣傳水法知識、宣傳保護(hù)水環(huán)境的重要性，也是無人機(jī)的應(yīng)用方式之一。

6 無人機(jī)在水環(huán)境管理工作中的應(yīng)用要點(diǎn)

無人機(jī)在實(shí)際工作中具有非常優(yōu)良的效果，相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)在引進(jìn)無人機(jī)的同時制定相關(guān)程序，使其在水環(huán)境管理工作中發(fā)揮正面作用。使用無人機(jī)應(yīng)當(dāng)結(jié)合屬地實(shí)際情況，在允許的情況下使用無人機(jī)，不要因?yàn)槊つ渴褂脽o人機(jī)而違反相關(guān)法律法規(guī)。

水環(huán)境管理工作是一個由多個部分組成的相對復(fù)雜的工作，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況使用無人機(jī)執(zhí)行不同的工作任務(wù)，還要考慮無人機(jī)的飛行距離、高度及電量損耗，對無人機(jī)的航行軌跡進(jìn)行有效的規(guī)劃，防止意外情況發(fā)生，從而更好地完成水環(huán)境管理工作。

7 結(jié)束語

無人機(jī)在水環(huán)境管理工作中的應(yīng)用前景是非?？捎^的，管理人員使用無人機(jī)時，要充分發(fā)揮其優(yōu)勢，解決水環(huán)境管理工作中的難點(diǎn)問題，同時也要重視無人機(jī)的劣勢，科學(xué)合理地預(yù)設(shè)無人機(jī)的飛行軌跡保，保障安全，使無人機(jī)成為水環(huán)境管理工作的重要輔助工具，進(jìn)而為水利工作的信息化添磚加瓦。