李 崇

(遼寧省生態(tài)環(huán)境保護科技中心，遼寧 沈陽 110161)

生命起源于水，人類擇水而居，水資源一直都是人類基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源。無論是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活，還是國防建設(shè)、生態(tài)建設(shè)，都需要充足、優(yōu)質(zhì)的淡水水源。

桓仁水庫是遼寧省最大的水庫，是一座以發(fā)電為主，兼顧飲用水源、防洪灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖的綜合多功能大型水庫。桓仁水庫在大伙房水庫上游，屬于大伙房水源保護區(qū)的重要部分，承擔(dān)著遼寧省12個城市2300萬人口的供水任務(wù)。因此，確?；溉仕畮焖|(zhì)安全有著重大的戰(zhàn)略意義，飲用水源風(fēng)險排查正是一種有效的預(yù)防手段[1]。

對比傳統(tǒng)的風(fēng)險源排查，無人機監(jiān)測優(yōu)勢明顯：直觀、可視化，無人機產(chǎn)生的高分辨率影像可以直觀識別污染源、污染口、可見漂浮物等，并生成分布圖，為環(huán)境評價和環(huán)境監(jiān)測提供科學(xué)依據(jù)；快速高效，對于突發(fā)事件，無人機可立即對大范圍內(nèi)的監(jiān)控區(qū)域進行監(jiān)控，單臺無人機日監(jiān)控能力可達(dá)200～320元·km-2，監(jiān)測結(jié)果可在短時間內(nèi)生成高清影像數(shù)據(jù)、水體透明度等專題數(shù)據(jù)，為環(huán)境保護工作提供決策支持；大尺度、宏觀，無人機可實現(xiàn)不同高度的高空間、大區(qū)域監(jiān)測，也可實現(xiàn)低空間、小區(qū)域監(jiān)測，可同時多架次監(jiān)測數(shù)萬平方公里，通過多光譜分析，還可以得到大面積的監(jiān)測數(shù)據(jù)，將面積信息與傳統(tǒng)的點信息結(jié)合起來，從而為整個區(qū)域的宏觀環(huán)境評價提供依據(jù)。

本文通過無人機對桓仁水庫周邊風(fēng)險源進行全面排查，以期及時更新風(fēng)險源信息，提升水源保護區(qū)管理能力。

1 桓仁水庫概況

1.1 地理位置

桓仁水庫是遼寧省最大的水庫，在桓仁縣境內(nèi)，建于1968年，坐標(biāo)范圍為E125°20′～125°50′，N41°10′～41°36′，位于遼寧省東南部渾江流域中下游，橫跨遼寧、吉林2省的桓仁、通化、集安3縣轄區(qū)[2]。

1.2 水文特征

桓仁水庫為河道型大Ⅰ型水庫，主要功能為蓄水與發(fā)電，兼顧灌溉、防洪、養(yǎng)魚。水庫全長81km，水深10～15m，控制流域面積10400km2，總庫容量34.6億m3。桓仁水庫中水的來源主要為渾江，其它還有新開河、富爾江等7條河流。集水區(qū)年平均降水量895mm，年平均流量45.4×108m3。水庫水體年平均溫度10.8℃，封冰期4個月。水庫含沙量低，平均含沙量為0.71kg·m-3[3,4]。

2 航拍平臺及參數(shù)

2.1 航拍平臺

航拍平臺采用成都縱橫CW-15垂直起降型無人機，見圖1。CW-15純電動垂直起降固定翼無人機系統(tǒng)，垂直起降、全自主飛行，操作簡單；可配置多個任務(wù)模塊艙，根據(jù)實際需求任務(wù)載荷等；機身結(jié)構(gòu)高度模塊化，各連接結(jié)構(gòu)全部采用快鎖裝置；旋翼機臂采用折疊設(shè)計，無需拆卸，電氣和機械連接一次同步，進一步提高可靠性和便捷性。

2.2 性能特點

2.2.1 一機多用

一個飛行平臺可配置多個任務(wù)模塊艙，根據(jù)任務(wù)需求更換正射相機、五拼傾斜攝影相機、多光譜、高光譜、航磁、光電吊艙與圖傳等，方便輸出多種數(shù)據(jù)成果，且能節(jié)約新增飛行平臺費用。

圖1 CW-15無人機

2.2.2 長航時

搭載正射或傾斜設(shè)備，最高航時達(dá)到160min。

2.2.3 高原性能

可在4500m海拔正常起飛，巡航高度可達(dá)6500m。

2.2.4 大載重

最大任務(wù)載荷能力高達(dá)2.5kg。

2.2.5 折疊機臂

旋翼機臂無需拆卸，通過折疊設(shè)計，進一步提高可靠性和便捷性。

2.2.6 垂直起降

大大減小對場地、彈射架、降落傘等依賴，作業(yè)場地適應(yīng)廣。

2.2.7 全自主起飛

無需遙控器，一鍵起降，安全簡便，降落精度10cm以內(nèi)。

2.2.8 RTK/PPK

標(biāo)配實時差分和事后差分2種模式同時使用，實時差分主要用于厘米級精準(zhǔn)自主垂直降落，后期差分主要用于輸出高精度POS數(shù)據(jù)，確保減少50%～80%像控點。

2.2.9 效率高

最大作業(yè)續(xù)航時間可達(dá)2.5h，單架次可以完成6km2以上(1∶500比例尺)；10～15km2(1∶1000比例尺)；20～25km2(1∶2000比例尺)航測任務(wù)。

2.2.10 姿態(tài)好

氣動設(shè)計通過嚴(yán)格的風(fēng)洞實驗，飛行控制采用總能量自適應(yīng)算法，確保姿態(tài)穩(wěn)定，方便生成DLG成果。

2.2.11 曝光同步

曝光同步模塊確保曝光延時控制在10ms以內(nèi)。

2.2.12 模塊化設(shè)計

使用插銷、卡扣、自鎖裝置，無需任何工具即可完成無人機拆裝。

2.2.13 雙GPS多冗余設(shè)計

確保飛行過程中若主差分GPS出現(xiàn)異?？梢云交袚Q到備份GPS，保障飛行安全。

2.2.14 雙磁羅盤多冗余設(shè)計

確保飛行過程中若內(nèi)置磁羅盤出現(xiàn)異?？梢云交袚Q到備份外置磁羅盤，保障飛行安全。CW-15具體相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 無人機參數(shù)

2.3 航拍參數(shù)

航拍時間2021年10月19—23日，飛行高度950m。利用武漢航天遠(yuǎn)景公司攝影測量軟件進行影像拼接與處理，生成保護區(qū)的正射影像。

3 疑似風(fēng)險源遙感解譯

3.1 風(fēng)險源分類

根據(jù)實際工作需要，風(fēng)險源具體分為工業(yè)企業(yè)、畜禽養(yǎng)殖、污水處理廠、加油站、醫(yī)療院所、橋梁、垃圾填埋場、采礦企業(yè)和其它。

3.2 解譯過程

采用目視解譯方式，即使用眼睛目視觀察，憑借解譯人員的知識、經(jīng)驗和掌握的相關(guān)資料，通過大腦分析、推理和判斷，提取有用的信息。具體步驟：將已有風(fēng)險源數(shù)據(jù)和航拍正射影像疊加；參考風(fēng)險源目標(biāo)處影像的位置、布局、顏色、色調(diào)、大小、形狀、陰影、紋理、圖案等信息，建立目標(biāo)水源地風(fēng)險源解譯標(biāo)志；完成整個區(qū)域風(fēng)險源解譯。通過遙感解譯提取桓仁水庫內(nèi)風(fēng)險源圖斑，利用航拍影像和衛(wèi)星影像解譯桓仁水庫的疑似風(fēng)險源。

3.3 解譯結(jié)果

桓仁水庫疑似風(fēng)險源清單具體見表2。

表2 桓仁水庫疑似風(fēng)險源清單

續(xù)表 桓仁水庫疑似風(fēng)險源清單

根據(jù)表2可以看出，桓仁水庫周邊疑似風(fēng)險源共68個，全部為小型養(yǎng)殖企業(yè)和工業(yè)企業(yè)。風(fēng)險源示意分布情況和詳情見圖2、圖3。

圖2 桓仁水庫疑似風(fēng)險源示意圖

圖3 桓仁水庫疑似風(fēng)險源詳圖舉例

4 總結(jié)

本文利用無人機遙感對桓仁水庫周邊所有疑似潛在風(fēng)險源進行了初級篩查，列出風(fēng)險源清單，疑似風(fēng)險源共68個，主要為小型養(yǎng)殖企業(yè)和工業(yè)企業(yè)。今后應(yīng)按照實地調(diào)研等方式，進一步明確和完善養(yǎng)殖企業(yè)和工業(yè)企業(yè)的種類、運行狀態(tài)、產(chǎn)污類別、排污量和排污去處等信息。風(fēng)險源排查大大縮短了時間成本，進一步證明了無人機監(jiān)測的可行性，為將來水環(huán)境風(fēng)險常規(guī)監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段。