无人机航测辅助水利水电工程险情排查研究

引言

水利水电工程作为国家重要基础设施，在防洪、发电、灌溉、供水等方面发挥着关键作用。然而，受自然因素（如洪水、地震、地质变迁）与长期运行影响，工程设施易出现各类险情，如堤坝渗漏、水库滑坡、输水渠道开裂等。及时、精准排查险情对保障工程安全运行、降低灾害风险意义重大。传统险情排查依赖人工巡检与有限的地面监测设备，人工巡检效率低下，在地形复杂、危险区域难以全面开展，且易受主观因素影响；地面监测设备覆盖范围有限，无法实时、全面掌握工程整体状况。随着科技发展，无人机航测技术凭借独特优势逐渐应用于水利水电工程领域。无人机可低空飞行，灵活抵达工程各个区域，搭载多种传感器快速获取高分辨率影像与数据，经专业处理分析，能精准识别潜在险情，弥补传统排查手段不足，为水利水电工程险情排查提供高效、可靠的技术支撑，对提升工程安全管理水平、维护人民生命财产安全及生态环境稳定具有深远意义。

一、无人机航测技术基础

1.1 工作原理与系统组成

无人机航测系统主要由无人机平台、飞行控制系统、数据采集设备及地面控制系统构成。工作时，飞行控制系统依据预设航线与任务指令，精准操控无人机飞行姿态与轨迹。无人机平台搭载数据采集设备，常见如光学相机、热红外相机、激光雷达等，在飞行过程中对水利水电工程区域进行数据采集。光学相机捕捉高分辨率可见光影像，用于直观呈现工程设施外观、结构细节；热红外相机利用物体热辐射差异成像，能有效检测渗漏、异常发热等潜在隐患；激光雷达通过发射激光束并测量反射光时间，获取高精度地形与物体表面三维点云数据，为分析工程设施变形、地形变化提供依据。地面控制系统实时监控无人机飞行状态，接收并存储采集的数据，同时可根据实际情况调整飞行参数与任务指令，确保航测任务顺利完成。各组成部分协同工作，实现对水利水电工程区域全方位、高精度数据采集，为后续险情排查分析奠定基础。

1.2 数据采集与处理流程

数据采集阶段，首先需根据水利水电工程规模、地形地貌、排查目标等因素，精心规划无人机飞行航线。确保飞行高度、速度、航向重叠率及旁向重叠率等参数合理设置，以获取完整、清晰且无遗漏的数据。飞行过程中，数据采集设备按设定频率采集影像与其他数据。数据采集完成后进入处理流程，先对原始数据进行预处理，包括去除噪声、校正图像畸变、拼接影像等操作，提高数据质量与可用性。接着运用专业软件对影像进行解译分析，如利用图像识别算法识别堤坝裂缝、水库滑坡边界等特征；通过对激光雷达点云数据处理，生成数字高程模型（DEM）与数字表面模型（DSM），用于分析地形起伏与工程设施变形情况。同时，可结合地理信息系统（GIS）技术，将处理后的数据与工程基础地理信息整合，直观展示工程区域地形地貌、设施分布及潜在险情位置，为工程管理人员提供全面、准确的数据支持，辅助决策制定。

1.3 技术优势在险情排查中的体现

无人机航测技术在水利水电工程险情排查中优势显著。其机动性强，能快速抵达偏远、地形复杂或危险区域，如深山峡谷中的小型水电站、受洪水淹没威胁的堤坝段等，解决传统排查手段难以到达的难题，实现全面排查。搭载的高分辨率数据采集设备，可获取厘米级甚至毫米级分辨率影像，清晰呈现工程设施细微结构与变化，如识别堤坝表面毫米级裂缝、输水渠道微小破损，为早期险情发现提供可能。数据获取迅速，短时间内可完成大面积工程区域航测，相比人工巡检大幅提高排查效率，尤其在汛期等紧急情况下，能快速掌握工程整体状况，为抢险决策争取宝贵时间。此外，无人机航测可定期重复作业，通过对比不同时期数据，有效监测工程设施变化趋势，及时发现新出现或发展中的险情，为工程长期安全运行提供持续保障。

二、无人机航测在水利水电工程险情排查中的应用

2.1 堤坝险情排查

堤坝作为水利水电工程重要挡水结构，其安全至关重要。无人机航测在堤坝险情排查中应用广泛。通过光学相机拍摄高分辨率影像，可清晰识别堤坝表面裂缝，包括横向、纵向裂缝及龟裂等，测量裂缝长度、宽度与深度信息，分析裂缝发展趋势，判断其对堤坝结构稳定性影响。热红外相机利用渗漏区域与周边温度差异成像，精准定位堤坝渗漏点，评估渗漏程度，为及时采取防渗处理措施提供依据。利用激光雷达获取的堤坝三维点云数据，构建高精度数字模型，分析堤坝变形情况，如沉降、位移等，结合历史数据对比，提前预警潜在滑坡、坍塌等重大险情，为堤坝日常维护与应急抢险提供详实数据支持，保障堤坝安全运行。

2.2 水库险情排查

水库险情排查是水利水电工程安全管理重点。无人机航测助力水库周边地质环境与水库设施监测。在水库周边山体滑坡监测方面，通过对不同时期航测影像与三维模型对比，分析山体地形变化、植被覆盖变化，及时发现潜在滑坡迹象，如山体表面裂缝、土体位移等，为滑坡预警与防治提供数据基础。对水库大坝，利用光学与热红外相机结合，检查大坝坝体裂缝、渗漏情况，监测坝顶、坝坡变形；通过激光雷达获取水库库容、水位变化数据，评估水库运行状态，确保水库在安全水位运行。同时，监测水库溢洪道、输水涵洞等设施，查看是否存在堵塞、破损等问题，保障水库泄洪与输水安全，维护水库整体运行稳定性。

2.3 输水渠道险情排查

输水渠道承担水利水电工程水资源输送任务，其安全直接影响工程效益发挥。无人机航测用于输水渠道险情排查，可利用光学相机沿渠道飞行获取高分辨率影像，检查渠道衬砌完整性，识别衬砌裂缝、剥落、塌陷等病害，测量病害位置与规模，为渠道修复提供准确位置与工程量信息。热红外相机检测渠道渗漏，通过分析渠道表面温度分布，快速定位渗漏区域，确定渗漏范围与严重程度，及时采取堵漏措施，减少水资源浪费与对周边环境影响。

三、总结

无人机航测技术凭借其独特工作原理、高效数据采集处理流程及显著技术优势，在水利水电工程堤坝、水库、输水渠道等关键设施险情排查中发挥着重要作用，有效提升排查效率与准确性，为工程安全运行提供有力支持。

参考文献

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