桓仁水库风险源无人机遥感解译

李 崇

(辽宁省生态环境保护科技中心，辽宁 沈阳 110161)

生命起源于水，人类择水而居，水资源一直都是人类基础性的自然资源和战略性的经济资源。无论是工农业生产、日常生活，还是国防建设、生态建设，都需要充足、优质的淡水水源。

桓仁水库是辽宁省最大的水库，是一座以发电为主，兼顾饮用水源、防洪灌溉、水产养殖的综合多功能大型水库。桓仁水库在大伙房水库上游，属于大伙房水源保护区的重要部分，承担着辽宁省12个城市2300万人口的供水任务。因此，确保桓仁水库水质安全有着重大的战略意义，饮用水源风险排查正是一种有效的预防手段[1]。

对比传统的风险源排查，无人机监测优势明显：直观、可视化，无人机产生的高分辨率影像可以直观识别污染源、污染口、可见漂浮物等，并生成分布图，为环境评价和环境监测提供科学依据；快速高效，对于突发事件，无人机可立即对大范围内的监控区域进行监控，单台无人机日监控能力可达200～320元·km-2，监测结果可在短时间内生成高清影像数据、水体透明度等专题数据，为环境保护工作提供决策支持；大尺度、宏观，无人机可实现不同高度的高空间、大区域监测，也可实现低空间、小区域监测，可同时多架次监测数万平方公里，通过多光谱分析，还可以得到大面积的监测数据，将面积信息与传统的点信息结合起来，从而为整个区域的宏观环境评价提供依据。

本文通过无人机对桓仁水库周边风险源进行全面排查，以期及时更新风险源信息，提升水源保护区管理能力。

1 桓仁水库概况

1.1 地理位置

桓仁水库是辽宁省最大的水库，在桓仁县境内，建于1968年，坐标范围为E125°20′～125°50′，N41°10′～41°36′，位于辽宁省东南部浑江流域中下游，横跨辽宁、吉林2省的桓仁、通化、集安3县辖区[2]。

1.2 水文特征

桓仁水库为河道型大Ⅰ型水库，主要功能为蓄水与发电，兼顾灌溉、防洪、养鱼。水库全长81km，水深10～15m，控制流域面积10400km2，总库容量34.6亿m3。桓仁水库中水的来源主要为浑江，其它还有新开河、富尔江等7条河流。集水区年平均降水量895mm，年平均流量45.4×108m3。水库水体年平均温度10.8℃，封冰期4个月。水库含沙量低，平均含沙量为0.71kg·m-3[3,4]。

2 航拍平台及参数

2.1 航拍平台

航拍平台采用成都纵横CW-15垂直起降型无人机，见图1。CW-15纯电动垂直起降固定翼无人机系统，垂直起降、全自主飞行，操作简单；可配置多个任务模块舱，根据实际需求任务载荷等；机身结构高度模块化，各连接结构全部采用快锁装置；旋翼机臂采用折叠设计，无需拆卸，电气和机械连接一次同步，进一步提高可靠性和便捷性。

2.2 性能特点

2.2.1 一机多用

一个飞行平台可配置多个任务模块舱，根据任务需求更换正射相机、五拼倾斜摄影相机、多光谱、高光谱、航磁、光电吊舱与图传等，方便输出多种数据成果，且能节约新增飞行平台费用。

图1 CW-15无人机

2.2.2 长航时

搭载正射或倾斜设备，最高航时达到160min。

2.2.3 高原性能

可在4500m海拔正常起飞，巡航高度可达6500m。

2.2.4 大载重

最大任务载荷能力高达2.5kg。

2.2.5 折叠机臂

旋翼机臂无需拆卸，通过折叠设计，进一步提高可靠性和便捷性。

2.2.6 垂直起降

大大减小对场地、弹射架、降落伞等依赖，作业场地适应广。

2.2.7 全自主起飞

无需遥控器，一键起降，安全简便，降落精度10cm以内。

2.2.8 RTK/PPK

标配实时差分和事后差分2种模式同时使用，实时差分主要用于厘米级精准自主垂直降落，后期差分主要用于输出高精度POS数据，确保减少50%～80%像控点。

2.2.9 效率高

最大作业续航时间可达2.5h，单架次可以完成6km2以上(1∶500比例尺)；10～15km2(1∶1000比例尺)；20～25km2(1∶2000比例尺)航测任务。

2.2.10 姿态好

气动设计通过严格的风洞实验，飞行控制采用总能量自适应算法，确保姿态稳定，方便生成DLG成果。

2.2.11 曝光同步

曝光同步模块确保曝光延时控制在10ms以内。

2.2.12 模块化设计

使用插销、卡扣、自锁装置，无需任何工具即可完成无人机拆装。

2.2.13 双GPS多冗余设计

确保飞行过程中若主差分GPS出现异常可以平滑切换到备份GPS，保障飞行安全。

2.2.14 双磁罗盘多冗余设计

确保飞行过程中若内置磁罗盘出现异常可以平滑切换到备份外置磁罗盘，保障飞行安全。CW-15具体相关参数见表1。

表1 无人机参数

2.3 航拍参数

航拍时间2021年10月19—23日，飞行高度950m。利用武汉航天远景公司摄影测量软件进行影像拼接与处理，生成保护区的正射影像。

3 疑似风险源遥感解译

3.1 风险源分类

根据实际工作需要，风险源具体分为工业企业、畜禽养殖、污水处理厂、加油站、医疗院所、桥梁、垃圾填埋场、采矿企业和其它。

3.2 解译过程

采用目视解译方式，即使用眼睛目视观察，凭借解译人员的知识、经验和掌握的相关资料，通过大脑分析、推理和判断，提取有用的信息。具体步骤：将已有风险源数据和航拍正射影像叠加；参考风险源目标处影像的位置、布局、颜色、色调、大小、形状、阴影、纹理、图案等信息，建立目标水源地风险源解译标志；完成整个区域风险源解译。通过遥感解译提取桓仁水库内风险源图斑，利用航拍影像和卫星影像解译桓仁水库的疑似风险源。

3.3 解译结果

桓仁水库疑似风险源清单具体见表2。

表2 桓仁水库疑似风险源清单

续表 桓仁水库疑似风险源清单

根据表2可以看出，桓仁水库周边疑似风险源共68个，全部为小型养殖企业和工业企业。风险源示意分布情况和详情见图2、图3。

图2 桓仁水库疑似风险源示意图

图3 桓仁水库疑似风险源详图举例

4 总结

本文利用无人机遥感对桓仁水库周边所有疑似潜在风险源进行了初级筛查，列出风险源清单，疑似风险源共68个，主要为小型养殖企业和工业企业。今后应按照实地调研等方式，进一步明确和完善养殖企业和工业企业的种类、运行状态、产污类别、排污量和排污去处等信息。风险源排查大大缩短了时间成本，进一步证明了无人机监测的可行性，为将来水环境风险常规监测提供了新的技术手段。