我國是一個自然災害類型多,發生頻率高的國家。目前,水文事業面臨新形勢、新任務,肩負重大的歷史責任。洪澇災害、干旱缺水、水污染、水土流失等問題,已經嚴重制約著國民經濟和社會發展。要解決好水的問題,就必須調整治水思路,轉變治水方針,從工程水利向資源水利轉變,從傳統水利向現代水利、可持續發展水利轉變。在這個歷史轉變過程中,要把水利信息化放在優先的位置。水文基礎設施建設整體水平落后于經濟社會發展需求,是水文建設發展過程中的突出矛盾。信息是水文決策的基礎,是正確分析和判斷水文形勢、科學地制定水文發展方案的依據。基于無人機攜帶方便、操作簡單、反應迅速、載荷豐富、任務用途廣泛、起飛降落對環境的要求低、自主飛行等特點,在傳統的水資源調查、水域覆蓋面積調查、水資源用地信息管理、水域警戒線分析、洪澇災害、干旱缺水、水庫蓄水水位監測、水資源工程動態監測、河流水文監測、水域排污、水面清潔監測、重要水利設備和設施安全監測、水庫和壩區的周邊環境監測水資源巡查成圖等方面,均可以得到應用。
無人機在水利上應用的優勢?
1、水資源調查、水資源用地信息管理、水資源巡查成圖
傳統水資源調查、用地信息管理和水利巡查成圖中,多用人工的方式進行調查,勘查人員攜帶相機從高處向河流拍照、乘船的方式對水資源面積調查。此種方法無法快速精確的執行勘測測量。在進行這些工作的過程中,可以充分結合無人機的特點,利用無人機對所需監測對象進行航拍,巡視,通過大范圍飛行快速巡查,第一時間掌握水利資源調查信息。通過航拍測繪掌握地面水資源用地信息以及水資源調查成果,地面工作站根據實時航拍監控數據可以清晰分析水資源的實時動態,后期制作電子版或相片成果圖,生成水資源巡查成圖。提高了水資源調查小組戶外調查辦事效率,快速準確的為水資源面積、水資源地理信息和后期制作水資源巡查成圖提供了不可代替的作用。
2、洪澇災害、干旱缺水、水域覆蓋面積調查、水域警戒線分析
傳統的洪澇災害發生后,多利用直升飛機在受災區域上空進行航拍監控以及拍攝洪水覆蓋面積,當遇到大面積干旱缺水的災害,定損工作一般采取人工定損方式,定損作業效率緩慢。水域警戒的辦法通常是以人工坐船的方式進行水深劃分,沒有鳥瞰圖進行具體詳細的劃分。這些做法在洪澇災害發生時無法快速應急,人工拍照角度沒有鳥瞰圖立體,同時因為定損面積大,人工作業緩慢。此種情況下可利用無人機快速從空中俯視蓄滯洪區的地形、地貌、水庫、堤防險工險段,遇到險情時,無人機可克服交通等不利因素,快速抵達受災區域,并實時傳遞現場信息,監視險情發展,為防汛決策提供準確的信息。無人機在抗旱監察工作中,可以避免人員深入田間地頭,及時了解每個地區、每個灌區的水源儲量,科學調度水庫蓄水,做好蓄水抗旱工作,同時還充分掌握外河、外湖及內河水位變化情況。無人機的使用,特別適用于突發事件應急管理,大大降低了防汛抗旱工作人員承擔危險工作的風險概率、提高了工作效率。能快速的為大型水庫進行航拍包括水域覆蓋面積調查、水域警戒線分析,通過航拍實時監測可以清晰了解水域面蓋面積、通過航拍成圖劃分水域警戒線,并找到對應點進行圍欄劃分。提高了處理緊急預警突發事件和災害的辦事效率,快速準確的為受災地區進行航拍、定損,為救援人員提供寶貴的搜救信息。
3、水庫蓄水水位監測、河流水文監測、水資源工程動態監測
在傳統的水庫蓄水水位監測、河流水文監測、水資源工程動態監測中,勘查人員攜帶相機在大壩圍欄上對水庫浮標進行拍照取證來獲得水位信息、人工乘船的方式對上下游河流水文情況進行監測。在監測過程中,若遇到大面積河流污染無法精確的執行水質監測,同時會因為作業面積廣闊,人工監測調查緩慢。此時,利用無人機則可以快速對所需監測對象進行實時監控,特別水庫邊緣區環境比較惡劣的地段,無人機可操控自如的完成監測任務。通過對上、下游河流快速巡查,第一時間掌握水文情況,特別是大面積的河流污染。
4、重要水資源設備、設施安全監測,水庫、壩區周邊環境監測
在傳統的水資源設備、設施安全監測,以及水庫壩區周邊的環境監測中,也多是采用人工乘船、徒步的方式進行監測,監測人員攜帶相機、DV、望遠鏡對水利設備設施進行巡檢,水庫、壩區周邊環境一般采取徒步的方式進行定期巡查。也同樣存在調查緩慢、無法快速精確完成監測任務的問題。利用無人機快速對重要的水資源設備進行監測,定點實時監控、巡視,特別水庫邊緣區環境比較惡劣的地段,可以方便的完成監測任務;當遇到水資源設施出現故障停止作業的情況,利用無人機能快速做出應急反應,對水資源設備進行實時監控,通過地面站發現可視故障問題。通過無人機空中懸停實時監控掌握大壩進水區和出水區實時動態信息,地面工作站根據實時航拍監控數據可以清晰分析大壩在工作中的實時動態,能夠快速準確的為水利設施設備進行實時監控,解決了人工作業緩慢和不能及的缺陷。
目前市面上無人機在水利上應用遇到的問題?
1、航時短
目前市面上用于水利應用的無人機多為純電動無人機。一般來說,鋰電池的能量密度限制,一般15公斤左右的無人機理論上自帶電池的重量很難超過5公斤,這意味著航時不會超過30分鐘。此外,受制于電池本身的性能,冬季低溫環境放電更快,可作業的時間更短。并且在未來很長的一段時間內,電池技術很難有根本性的突破,使用電池提供動力造成的續航時間不足很難從根本上解決。
2、可承載荷少,載重輕
無人機應用于水利,往往需要搭載多種載荷,比如:高分辨率數碼相機、視頻采集設備、合成孔徑雷達等設備,對于電動無人機來說由于受限于電池的容量極限其發展空間非常有限,尤其是山地、丘陵、島礁等復雜地區高度和距離的影響,單純的電動飛行是無法滿足長航大載荷飛行。油電混合可以根據客戶的需求對油箱大小進行改裝,也就是說只要燃油足夠那么續航也就不是問題。同時再配合更遠距離的圖傳,探測范圍達到100公里以上,可以實施大范圍、長距離的空中監視、勘查工作。不僅如此,比如在沒有電力設施的受災地區,汽油作為容易獲得的燃料,避免了復雜的充電環境要求,又節省了寶貴的充電時間,在災后分秒必爭的特殊環境中具有極大意義。
3、不能在復雜環境下飛行
水利監測,往往需要爬山涉水,雨天、大風天氣更是時常遇見;電動無人機在雨天、大風天氣等復雜天氣沒有辦法正常飛行,這也是無人機在水利應用中的一大難題;而油電混合無人機在面對高溫、低溫、大風、大雨等環境時也能夠游刃有余,其生存能力要遠大于電動無人機。
中科靈動航空科技成都有限公司針對無人機目前的問題,經過多年的潛心研發,終于研發出一種長航時,大載重,高性能的油電混合無人機和配套的車載系統——盾山智控車。
這樣說來,靈動鷹無人機能為無人機水利應用增加哪些優勢呢?為什么可以增加這些優勢呢?
靈動鷹油電混合無人機在水利應用上的優勢?
1、高穩定可靠性
靈動鷹系列油電混合無人機采用高可靠發動機,完全自主產權的發電系統,通過電啟動裝置可以實現一鍵啟動,讓操作更加簡便;可實時監控發動機狀態,在發動機異常的情況下實現全自主無干預點火,重啟發電系統,進一步提高其可靠性。并且機型油箱采用凱夫拉材質在2噸高壓、150°高溫的條件下壓制24小時一次成型,具有重量輕、強度高、韌性好的特點,可以保證隨整機低空自由落體后不破裂、不漏油,提高飛機整體安全性。同時機身采用碳纖維材質,多項結構件為專門開模設計,輔以專門開發的防水電機和電調,進一步提高機身結構穩定性和可靠性。
2、長航時,大載重,可以在7級風、小雨條件下順利飛行
靈動鷹-15為四旋翼可折疊油電混合無人機,采用國際通用92#汽油作為動力,一次加注約2.5升,油電混合的動力來源使得靈動鷹-15油電混合無人機具有2小時以上的航時,同時充足的動力和科學的外形設計保證了飛機具有7級以上的抗風能力。整機設計將動力系統等核心部件上置,通過外殼包裹,使得整機的防雨性能大幅度提升,可以在小到中雨的情況下正常飛行。無人機發動機位于上方,這樣設計使得整機的下部空間干凈利落,可以方便快捷的搭載任意載荷。
3、配套車載系統,實現即停即飛
盾山智控車結合了無人機起降、儲藏、運輸等功能,是應用物聯網、智能化裝備等高新技術而打造的新型裝備。盾山智控車具有防水、防塵、防潮、防雷、防磁、防震、倉內溫度恒定、升降系統、一鍵啟停、無人機一鍵自動回收、可車內加油等特點,應對復雜、緊急情況更加得心應手,配合強大功能的靈動鷹系列油電混合無人機,更顯得如虎添翼。盾山智控車與靈動鷹系列油電混合無人機結合,可以在水利勘測上為作業者提供極大的便利,車機結合的一體化設計,為無人機的戶外作業提供了全方位的保障平臺,提高了作業效率,簡化了無人機的作業流程,是水利監測、勘測的好幫手。
4、折疊設計,攜帶方便
收納尺寸僅750 mm X 600 mm X 500 mm,攜帶方便,可輕松放入普通SUV中。搭配盾山智控車,還可以實現無人機免收納,開車直接戶外作業的優勢。
靈動鷹系列無人機在水利應用的前景
靈動鷹系列無人機因其機動靈活的起降方式、低空循跡的自主飛行方式、快速響應的多數據獲取能力,長航時、大載重、抗風能力強、加油方便、野外作業保障能力強等特點,在水利管理上具有巨大的應用前景,可以大大提高作業效率,包括水域規劃、水利監測與水利管理等。靈動鷹系列無人機還能完成水情監測、河道走向、水庫監測、洪災區域檢查等,還能查看水毀橋梁、淹沒區域等情況。靈動鷹系列無人機可以搭載高分辨率數碼相機進行快速測圖,也可以搭載視頻采集設備,實時的采集并回傳即時的影像數據,體現出分辨率高、實效性好等優勢,還可以搭載合成孔徑雷達設備,在云霧天氣獲得高清晰度圖像。
水利信息化建設,要以多顆遙感衛星數據為基礎,以機載、地面移動站和地面固定站獲取的數據為補充,開展多源水利信息快速獲取、處理和融合技術研究。把無人機的應用納入水利信息化建設的系統中,將大大提高雨情、水情、旱情和災情信息采集的準確性及傳輸的時效性,對其發展趨勢做出及時、準確的預測和預報,這對制定防洪抗旱調度方案,為決策部門準確決策提供科學依據。
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