開發(fā)建設(shè)項目水土保持無人機監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

閻麗鳳

(燈塔市萬寶橋街道辦事處，遼陽 燈塔 111300)

為準確反映開發(fā)建設(shè)項目水土保持現(xiàn)狀，工程中比較常用的手段是水土保持監(jiān)測，對維持生態(tài)系統(tǒng)平衡以及科學實施水土保持措施具有現(xiàn)實意義[1]。其中，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法有資料分析、現(xiàn)場觀測等。因具有精準度高、便捷性好、操控性強等特點，在水土流失強度、位置、時間精確判定方面，現(xiàn)代新型無人遙感技術(shù)具有較強實用性，對于推進信息化、現(xiàn)代化監(jiān)測發(fā)揮著積極作用[2]。

1 傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

為保持開發(fā)建設(shè)項目區(qū)生態(tài)穩(wěn)定，及時控制水土流失，必須在水土保持監(jiān)測過程中引入各種現(xiàn)代化技術(shù)，以治理措施、水土流失危害程度及其區(qū)域位置為研究對象，系統(tǒng)、全面地評價與監(jiān)測整個項目區(qū)，從而為開發(fā)建設(shè)項目的順利實施提供有力的支持。水土流失對生態(tài)環(huán)境的危害較大，受諸多條件限制傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)存在許多問題，如何全面、高效地監(jiān)測水土流失越來越引起工程技術(shù)人員的關(guān)注[3]。結(jié)合工程實踐，歸納總結(jié)的傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)缺陷如下：

1)數(shù)據(jù)采集滯后。數(shù)據(jù)采集主要受研究經(jīng)費不足、人工操作精準度較低等因素的制約，經(jīng)費不足難以全面覆蓋監(jiān)測范圍，這與可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)文明建設(shè)的要求不符；另外，人工操作無法滿足數(shù)據(jù)精準度與信息采集效率的要求，難以有效記錄動態(tài)化監(jiān)測記過?？傮w而言，有必要更新變革數(shù)據(jù)采集技術(shù)，進一步提高監(jiān)測技術(shù)水平。

2)監(jiān)測區(qū)域受限。人工調(diào)查的監(jiān)測方式具有較高的區(qū)域規(guī)模要求，其受人為因素影響較大且僅適用于小范圍的監(jiān)測，動態(tài)監(jiān)測時精度較低無法滿足規(guī)范要求。對于大區(qū)域范圍或高危地帶的監(jiān)測，由于數(shù)據(jù)采集人員較少難以靠人力完成作業(yè)，或者對人員分配產(chǎn)生影響。

3)自動化水平低。在各種信息化、現(xiàn)代化新型技術(shù)快速發(fā)展的情況下，自動化設(shè)備正逐漸替代傳統(tǒng)的監(jiān)測工具成為當代的主流。無人機遙感技術(shù)具有效率高、成本低等明顯優(yōu)勢，在開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用日趨廣泛。該技術(shù)通過對數(shù)據(jù)信息的準確收集、及時處理生成動態(tài)監(jiān)測圖像，并已成為當前的研究熱點之一。目前，盡管已經(jīng)實現(xiàn)從試驗到使用階段的過度，但無人機高燕技術(shù)還不成熟，尚未形成系統(tǒng)、完善的監(jiān)測體系。

2 無人機監(jiān)測技術(shù)

2.1 基本定義

無人機遙感技術(shù)是綜合利用計算機、GPS、飛行等一系列先進技術(shù)，以無人機作為中間載體實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速獲取、準確分析、有效處理的新型技術(shù)。隨著遙感傳感器和數(shù)據(jù)化探測設(shè)備的不斷更新，該技術(shù)能夠獲取滿足不同項目需求的數(shù)據(jù)信息，其適用范圍日趨廣泛，現(xiàn)已成功應(yīng)用于突發(fā)事件調(diào)查、水利水電、土地利用監(jiān)測等諸多領(lǐng)域。

無人機遙感技術(shù)相對于傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，其具有更高的影像風變綠，通過合理設(shè)置飛行時間、高度和速度等參數(shù)獲取分辨率較高且符合精度要求的影像。同時，結(jié)合實際任務(wù)需求無人機遙感技術(shù)能夠設(shè)定飛行頻次與路線，實地實時的完成水土動態(tài)監(jiān)測[4]。

2.2 主要特點

無人機遙感技術(shù)利用計算機處理收集到的地表數(shù)據(jù)信息，可以生成研究區(qū)三維圖形，從整體上實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，其技術(shù)特點如下：

1)拍攝精度高。合理控制無人機飛行高度50-1000m，該條件下可以采集航拍精度為0.1-0.5m的地表數(shù)據(jù)信息。

2)成本低且實用性強。無人機結(jié)構(gòu)簡單、身形矯健且輕巧，飛行作業(yè)過程中具有較強的外界環(huán)境適應(yīng)性，不受雨雪等條件的限制，并且操作靈活自如。一般情況下，以低空飛行作業(yè)為主，拍攝設(shè)備及機身投資成本較低。

3)安全性好且操作簡單。野外作業(yè)時，無需特定的外在條件即可快速升起監(jiān)測，操作比較簡單。另外，作業(yè)時不受酷暑、嚴寒等其它天氣條件的干擾，具有較高的安全性，遇到空中救援指揮、危險區(qū)域調(diào)查等突發(fā)狀況時不會產(chǎn)生人員傷亡。

4)分辨率高且拍攝邊界。考慮實際需求無人機可以實現(xiàn)多角度拍攝，飛行航線的控制比較簡便，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)或一般監(jiān)測區(qū)域，可以采取斜向和豎向拍攝的方式收集數(shù)據(jù)信息，成像清晰能夠符合要求。該技術(shù)能夠有效解決原始數(shù)據(jù)因復(fù)雜結(jié)構(gòu)相互作用而掩蓋的問題，充分利用拍攝便捷的優(yōu)勢獲取完整的監(jiān)測圖件和詳細全面的影像信息。

3 無人機監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

將無人機遙感技術(shù)用于水土保持監(jiān)測中，可以快速準確的反映開發(fā)建設(shè)項目區(qū)水土流失情況，對于科學合理的制定治理方案及提供有效的決策依據(jù)非常重要[5]。目前，無人機監(jiān)測主要有信息應(yīng)用、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、基礎(chǔ)信息提取等流程。通過調(diào)查監(jiān)測現(xiàn)場情況采集地形圖量測數(shù)據(jù)，為更加科學高效的開展水土保持監(jiān)測工作提供保障。

3.1 方案設(shè)計

以義縣大凌河生態(tài)文明示范區(qū)一期工程為例，該工程有土方開挖、料場開采、施工場地布設(shè)及運輸車輛行駛等一系列人為擾動破壞，不可避免的破壞原聲地貌，損壞現(xiàn)有地表植被，建設(shè)期間將會產(chǎn)生大量水土流失，如不注意水土保持，必將對河流的行洪安全以及周圍生態(tài)環(huán)境造成威脅，必須加大力度治理周圍河流的水土流失問題。

從維護良好生態(tài)環(huán)境和保護水土資源出發(fā)，利用無人機遙感技術(shù)對生產(chǎn)建設(shè)過程中的水土流失以及各類防治措施效果做適時監(jiān)測。工程監(jiān)測的重點地段為土料場防治區(qū)，結(jié)合現(xiàn)場地形地貌與施工圖構(gòu)建航拍監(jiān)測體系，按預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測時段與范圍，通過無人機監(jiān)測定量評價研究區(qū)水土流失情況，從而反映工程造成水土流失的成因、數(shù)量、強度、影響范圍及后果，并為施工期各項水保措施設(shè)計和運行期實行監(jiān)督管理提供依據(jù)。

3.2 監(jiān)測內(nèi)容

1)地質(zhì)狀況監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容主要有地質(zhì)演變情況、土地擾動范圍、土地利用類型等，以項目區(qū)平面布置圖和DOM成果為依據(jù)勾劃各片區(qū)擾動面積，然后利用Arc GIS技術(shù)確定各片區(qū)擾動范圍，并注明其所對應(yīng)的用地類型。此外，將監(jiān)測結(jié)果按時間差分比對還可掌握土地演變狀況。

2)水保工程監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容主要有棄土場、堆放場和取土場的落實情況等，以DOM成果為依據(jù)合理確定棄土場、堆放場和取土場，準確計算具體數(shù)量并標識具體位置。此外，通過計算堆放場內(nèi)棄渣量在項目施工期間的變化情況，并運用三維模型和影像可以觀察水保措施落實狀況。

3)水保措施監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括其他臨時防治措施、生物、物理和工程措施等，以DOM成果為依據(jù)提取開發(fā)建設(shè)項目區(qū)水保措施數(shù)量。對臨時護欄長度及位置的確定可以應(yīng)用其他臨時防治措施監(jiān)測成果，而植被覆蓋度、綠化面積等參數(shù)的確定一般應(yīng)用生物措施監(jiān)測成果，對于植物與工程護坡位置、土地整治面積等參數(shù)的確定要應(yīng)用到物理工程措施的監(jiān)測成果。

4)土壤流失監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括土壤流失危害、流失量、流失范圍等，土壤流失面積的獲取可以利用無人機遙感技術(shù)實現(xiàn)，以觀測的土壤侵蝕模數(shù)為依據(jù)準確計算各片區(qū)的土壤流失量。此外，將土地利用類型、植被覆蓋度等數(shù)據(jù)代入方程，運用無人機遙感技術(shù)按分類標準還可獲取水土流失強度、土壤流失量等數(shù)據(jù)。

5)防治效果監(jiān)測。監(jiān)測內(nèi)容包括林草植被覆蓋率、植被恢復(fù)率以及土壤流失控制比等參數(shù)，以各指標計算公式為依據(jù)，將獲取的數(shù)據(jù)信息代入公式計算并檢驗其是否達到標準。

3.3 預(yù)期成果

在水土保持監(jiān)測中應(yīng)用無人機遙感技術(shù)時，需要做好原始記錄及提供有效的數(shù)據(jù)信息，嚴格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范保證手續(xù)的完備性，并對數(shù)據(jù)可靠性、真實性進行檢查，從而為監(jiān)測工作中的實際應(yīng)用提供支持。對于監(jiān)測的水土流失以及水土保持信息要建立數(shù)據(jù)庫，并撰寫包括必要影像資料、相關(guān)監(jiān)測圖件、監(jiān)測數(shù)據(jù)等內(nèi)容的報告。

實際應(yīng)用時無人機遙感技術(shù)還存在許多不足，現(xiàn)階段尚未形成系統(tǒng)成熟的技術(shù)路線，在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用還處于初級探索階段。例如，目前無人機監(jiān)測仍以可見光波段為搭載，為滿足不同環(huán)境影響評價需求也可搭載高光譜、紅外線等載荷；在植被、水體等要素監(jiān)測時搭載多光譜成像儀，能夠更加全面地監(jiān)測地表環(huán)境、水體質(zhì)量的動態(tài)揚鞭過程，為生態(tài)環(huán)境受項目建設(shè)的影響評價提供支持；此外，考慮體積小、重量輕等優(yōu)勢還可研發(fā)各類采樣設(shè)備。結(jié)合地面監(jiān)測手段實現(xiàn)低空采樣分析，為開發(fā)建設(shè)項目監(jiān)測提供補充。在未來監(jiān)測中應(yīng)設(shè)立專門的技術(shù)試驗區(qū)和相應(yīng)的標準規(guī)范，實現(xiàn)無人機技術(shù)應(yīng)用的程序化、標準化，并以完整的技術(shù)體系提供更加系統(tǒng)的水土保持監(jiān)測服務(wù)。

4 結(jié) 論

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代科技的不斷進步，在要求高效率的同時水土保持監(jiān)測工作正向智能化方向發(fā)展。無人機遙感技術(shù)不僅大大提高了開發(fā)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測的自動化水平和監(jiān)測精度，而且實現(xiàn)了對傳統(tǒng)監(jiān)測方法的優(yōu)化改進。研究表明，對開發(fā)建設(shè)項目水土保持數(shù)據(jù)信息利用無人機遙感技術(shù)獲取，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)存在的區(qū)域局限性、精度低等問題，通過對各部分監(jiān)測內(nèi)容的研究分析突破了傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸，為實現(xiàn)自動化監(jiān)測水土保持提供了技術(shù)支持。