一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法技术

本发明专利技术公开一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法，其包括以下步骤：浮标断面设立；水深测量；中断面架设航拍无人机；投放浮标；当投下的浮标通过上断面、中断面、下断面时，利用航拍无人机按照投放浮标、上断面拍摄、中断面拍摄、下断面拍摄的操作流程进行连续拍摄；判读浮标、测流历时、计算起点距和计算虚流量。本发明专利技术极大地缩短测流历时，大大提高浮标法施测洪水流量效率，从而在整体上提高测流的时效性，实现快速准确的水面流速测量。

A method of measuring river flow based on aerial unmanned aerial vehicle (UAV)

The invention discloses a method for measuring the flow of the river channel based on the aerial drones, which comprises the following steps: buoy section establishment; depth measurement; surface mounted interrupt aerial drones; put on the buoy; when the dosage of the buoy by section, section, section, using aerial drones to shoot continuous shooting according to put a buoy, section shooting, shooting, shooting under section surface interrupt the operation process; interpretation buoy, flow measurement duration, from the starting point and calculate the virtual flow calculation. The invention greatly shortens the measuring flow duration, greatly improves the efficiency of measuring the flood discharge efficiency by the buoy method, thereby improving the timeliness of the flow measurement on the whole, and realizing the fast and accurate water surface velocity measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法
本专利技术属于河道流量测
，尤其是涉及一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法。
技术介绍
我国河流众多，河流的综合利用在国家经济社会发展中占有重要的地位。由于我国国土面积大，地形复杂，降雨量分布不均，往往有些地方发生洪涝灾害，给国家和人民造成巨大损失。还有每到雨季时节，受到持续强降雨的影响，长江流域有些地方就会发生超警戒水位，给人们的财产和生命带来威胁。因此，做好河流流速测量工作对预防洪涝灾害，保护国家和人民的财产安全具有重要意义。在洪水期间，河流流速的测量往往采用是人工投放浮标，利用秒表、对讲机、经纬仪等这些工具对浮标流过距离和使用时间进行确定，来计算河流的流速。该方法存在很多缺点，如测量时，设立上、中、下三个浮标断面，断面设置采用在河道两岸分别设立水泥桩，浮标流经断面时，依靠工作人员肉眼瞄准三点一线，确定浮标距离和时间，由于人为因素测量误差较大，测量结果准确性不高；面临着浮标被冲走的问题，增加了测量过程的不稳定性；测量过程中，往往需要多人配合计算浮标流过距离和时间来计算河流的流速，高洪期间不确定因素多，测量不便，不能保证测量人员的生命安全。传统浮标法测量流量投资大、占用人工多，效率低，不利于快速抢测洪峰流量。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法，其包括以下步骤：S1、浮标断面设立：按照河水顺流的方向在河道桥梁下游选定上、中、下三个浮标测流断面，利用激光测距仪测量得出上、中、下三个断面之间的间距；在上述三个浮标测流断面处分别设有一个红外激光笔，红外激光笔架设角度正好使红外激光笔发出的激光束显示在河岸两侧且与河道形成直角的线段；以红外激光笔发出的激光束作为断面线，利用激光测距仪分别测量上断面线、中断面线、下断面线位于河道两岸之间的宽度；S2、水深测量：利用航拍无人机搭载超声波水深仪，沿中断面线匀速飞行，快速进行水深测量；S3、中断面架设航拍无人机：航拍无人机架设在中断面一侧的岸边位置，保持相机镜头方向与中断面线成一条直线，且将起点距的零点与相机镜头下端重叠，中断面另一侧的岸边与相机镜头上端重叠；S4、投放浮标：根据水面宽度确定需要的浮标数量，从桥梁处按照间隔均匀距离向河道中连续投放若干个浮标，要求每个浮标位置都能投到航拍无人机的相机镜头视野之内；S5、当投下的浮标通过上断面、中断面、下断面时，利用航拍无人机按照投放浮标、上断面拍摄、中断面拍摄、下断面拍摄的操作流程进行连续拍摄；S6、判读浮标、测流历时、计算起点距和计算虚流量；判读浮标：a、在计算机上预存无浮标时的上断面、中断面、下断面摄像图片资料，选出经过上断面线、下断面线的浮标图片，与步骤S5中的下断面的摄像图片进行对比，判明有效的浮标；b、将计算机中有效的中断面浮标图片打印，以备分析；测流历时：依据上断面、下断面处航拍无人机显示的有效浮标图像的时间差求得测流历时；采用比例尺法、计算法或实时测距法计算起点距；计算虚流量：虚流速是依据测流历时及上断面、下断面间距求得，即根据公式V=L/t；V为虚流速，L为上断面、下断面之间的间距，t为测流历时。进一步地，上述的步骤S3中，中断面架设航拍无人机时，在需要摄像的上断面、中断面、下断面均设有平面定位点，平面定位点为断面线与河道两岸的交叉点，平面定位点位置等距离设在中断面线的上、下游，每次航拍无人机的俯角以本岸断面定位点进入摄像取景框的底线为准，航拍无人机取景框的顶线与河道对岸的平面定位点重叠确定。进一步地，上述的步骤S6中，计算起点距的方法为，断面上按照测流垂线布设的要求排列出已知起点距不同垂线位置的浮标，然后拍摄出图片，并在该图片中将浮标的起点距标记出来，即做出比例尺，并将此数据内容存入计算机中；浮标在中断面的位置确定以后，用设定的比例尺在计算机上把断面线上的浮标距离直接量算出来，即求得浮标在上断面、下断面的起点距。进一步地，上述的步骤S6中，计算起点距的方法为，利用航拍无人机垂直定位功能，测定直升机垂直高度A，记录航拍无人机的相机拍摄浮标时显示的实时俯角Θ，根据公式L=ActgΘ，求得浮标起点距。进一步地，上述的步骤S6中，计算起点距的方法为，采用激光测距仪，当浮标流经中断面时，采用激光测距仪照准浮标，进行实时距离测定，并予以记录。由于采用如上所述的技术方案，本专利技术具有如下优越性：该基于航拍无人机的测量河道流量的方法，其应用航拍无人机在水面浮标法测流中，采用航拍无人机的自动跟踪、拍摄功能，快速拍摄水面浮标流动照片，结合计算机图像软件Photoshop和AutoCAD处理图片，取得浮标起点距和流速数据，仅需3～8分钟的时间，极大地缩短测流历时，大大提高浮标法施测洪水流量效率，从而在整体上提高测流的时效性，实现快速准确的水面流速测量，再借助其他水深测量工具，即可计算出河道断面流量，从而使得浮标法测流不受地域、测流条件限制，实现测流方法高效、快捷、准确、便利。而且也无需专门建造浮标投放设施，在任何野外河道断面均可进行流量测验，给水文勘测工作也带来极大便利条件。特别是航拍无人机更加适用于中泓浮标法测量特大洪水流量，为抢测超标准洪水提供了一种更加可靠、快捷的水文测验方法。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。该基于航拍无人机的测量河道流量的方法，其包括以下具体步骤：S1、浮标断面设立：按照河水顺流的方向在河道桥梁下游选定上、中、下三个浮标测流断面，上断面、中断面、下断面设置均采用在河道两岸分别设立水泥桩，利用激光测距仪测量得出上、中、下三个断面之间的间距；在上述三个浮标测流断面处分别设有一个红外激光笔，红外激光笔架设角度正好使红外激光笔发出的激光束显示在河岸两侧且与河道形成直角的线段；以红外激光笔发出的激光束作为断面线，以适应各种气候环境的要求；利用激光测距仪分别测量上断面线、中断面线、下断面线位于河道两岸之间的宽度L上、L中、L下；S2、水深测量：利用航拍无人机搭载超声波水深仪（超声波水深仪的质量<2.5kg），沿中断面线匀速飞行，快速进行水深测量；在实际操作中，可先将航拍无人机的相机系统卸载，以尽量减少航拍无人机的载荷；S3、中断面架设航拍无人机：航拍无人机架设在中断面一侧的岸边位置，保持相机镜头方向与中断面线成一条直线，且将起点距的零点与相机镜头下端重叠，中断面另一侧的岸边与相机镜头上端重叠；S4、投放浮标：根据水面宽度确定需要的浮标数量，将浮标分别按序编号，从桥梁处按照间隔均匀距离向河道中连续投放若干个浮标，要求每个浮标位置都能投到航拍无人机的相机镜头视野之内；S5、当浮标流经上断面时，转动无人机的相机镜头至上断面，进行连续拍照；当浮标流经中断面时，转动无人机的相机镜头至中断面，进行连续拍照，同时记录每个浮标流经中断面时的照相机俯角Θ，当浮标流经下断面时，转动无人机的相机镜头至下断面，进行连续拍摄；既可以连续施测，也可测一次流量将拍摄的图像存储到计算机后，再测下一次流量（视涨水情况而定）；S6、判读浮标、测流历时、计算起点距、计算虚流量。判读浮标：a、在计算机上预存无浮标时的上断面、中断面、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法，其特征是：其包括以下步骤：S1、浮标断面设立：按照河水顺流的方向在河道桥梁下游选定上、中、下三个浮标测流断面，利用激光测距仪测量得出上、中、下三个断面之间的间距；在上述三个浮标测流断面处分别设有一个红外激光笔，红外激光笔架设角度正好使红外激光笔发出的激光束显示在河岸两侧且与河道形成直角的线段；以红外激光笔发出的激光束作为断面线，利用激光测距仪分别测量上断面线、中断面线、下断面线位于河道两岸之间的宽度；S2、水深测量：利用航拍无人机搭载超声波水深仪，沿中断面线匀速飞行，快速进行水深测量；S3、中断面架设航拍无人机：航拍无人机架设在中断面一侧的岸边位置，保持相机镜头方向与中断面线成一条直线，且将起点距的零点与相机镜头下端重叠，中断面另一侧的岸边与相机镜头上端重叠；S4、投放浮标：根据水面宽度确定需要的浮标数量，从桥梁处按照间隔均匀距离向河道中连续投放若干个浮标，要求每个浮标位置都能投到航拍无人机的相机镜头视野之内；S5、当投下的浮标通过上断面、中断面、下断面时，利用航拍无人机按照投放浮标、上断面拍摄、中断面拍摄、下断面拍摄的操作流程进行连续拍摄；S6、判读浮标、测流历时、计算起点距和计算虚流量；判读浮标：a、在计算机上预存无浮标时的上断面、中断面、下断面摄像图片资料，选出经过上断面线、下断面线的浮标图片，与步骤S5中的下断面的摄像图片进行对比，判明有效的浮标；b、将计算机中有效的中断面浮标图片打印，以备分析；测流历时：依据上断面、下断面处航拍无人机显示的有效浮标图像的时间差求得测流历时；采用比例尺法、计算法或实时测距法计算起点距；计算虚流量：虚流速是依据测流历时及上断面、下断面间距求得，即根据公式V=L/t；V为虚流速，L为上断面、下断面之间的间距，t为测流历时。...

【技术特征摘要】
1.一种基于航拍无人机的测量河道流量的方法，其特征是：其包括以下步骤：S1、浮标断面设立：按照河水顺流的方向在河道桥梁下游选定上、中、下三个浮标测流断面，利用激光测距仪测量得出上、中、下三个断面之间的间距；在上述三个浮标测流断面处分别设有一个红外激光笔，红外激光笔架设角度正好使红外激光笔发出的激光束显示在河岸两侧且与河道形成直角的线段；以红外激光笔发出的激光束作为断面线，利用激光测距仪分别测量上断面线、中断面线、下断面线位于河道两岸之间的宽度；S2、水深测量：利用航拍无人机搭载超声波水深仪，沿中断面线匀速飞行，快速进行水深测量；S3、中断面架设航拍无人机：航拍无人机架设在中断面一侧的岸边位置，保持相机镜头方向与中断面线成一条直线，且将起点距的零点与相机镜头下端重叠，中断面另一侧的岸边与相机镜头上端重叠；S4、投放浮标：根据水面宽度确定需要的浮标数量，从桥梁处按照间隔均匀距离向河道中连续投放若干个浮标，要求每个浮标位置都能投到航拍无人机的相机镜头视野之内；S5、当投下的浮标通过上断面、中断面、下断面时，利用航拍无人机按照投放浮标、上断面拍摄、中断面拍摄、下断面拍摄的操作流程进行连续拍摄；S6、判读浮标、测流历时、计算起点距和计算虚流量；判读浮标：a、在计算机上预存无浮标时的上断面、中断面、下断面摄像图片资料，选出经过上断面线、下断面线的浮标图片，与步骤S5中的下断面的摄像图片进行对比，判明有效的浮标；b、将计算机中有效的中断面浮标图片打印，以备分析；测流历时：依据上断面、下断面处航拍无人机显示的有效浮标图像的时间差求得测流历时；采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢杰炜，李娟芳，高晓东，邱璐，谷苗苗，尚占钦，张长军，郑仕强，赵伟，王悦钰，申朋涛，许灿璋，
申请(专利权)人：邢杰炜，
类型：发明
国别省市：河南,41