無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用研究

葉力努爾·帕臺(tái)

摘 ?要：水土保持監(jiān)測是用來反映研究區(qū)內(nèi)水土流失狀況和水土流失綜合治理情況的一種關(guān)鍵手段，對(duì)水土保持防治措施的科學(xué)實(shí)施和維持生態(tài)系 統(tǒng)的平衡均具有重要意義。傳統(tǒng)的水土保持監(jiān)測方法主要包括現(xiàn)場觀測、資料分析等。無人機(jī)遙感技術(shù)是現(xiàn)代便捷而精準(zhǔn)的一種新型手段。利用無人機(jī) 遙感技術(shù)可以準(zhǔn)確判斷水土流失的精確時(shí)間、位置和強(qiáng)度，對(duì)實(shí)現(xiàn)水土保持監(jiān)測工作的信息化建設(shè)具有重要推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：無人機(jī);遙感技術(shù);水土保持監(jiān)測;應(yīng)用

1 無人機(jī)水土保持監(jiān)測流程

1.1 ?外業(yè)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)現(xiàn)場勘察進(jìn)行航高預(yù)定并使用Altizure軟件進(jìn)行航線規(guī)劃， ?利用四 翼無人機(jī)多視角采集地表數(shù)據(jù)，通過搭載GPS獲取飛行過程中的實(shí)時(shí)位置 信息[1]。

1.2 ?內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

利用ContextCapture ?Master軟件進(jìn)行空中三角測量， ?并對(duì)測區(qū)邊界 多余影像數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，獲取測區(qū)數(shù)字高程三維模型（ DEM） 。利用 ContextCapture Viewer軟件的測量工具在三維模型中選取待測區(qū)域，完成 對(duì)施工占地總面積、擾動(dòng)地表面積和臨時(shí)堆土場面積的快速提取。

利用Riscan Pro軟件精確提取堆土點(diǎn)云數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Geomagic Spark軟件 進(jìn)行封裝生成堆土網(wǎng)格模型，并計(jì)算臨時(shí)堆土的測量體積。

2 傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)存在的弊端

2.1 ?監(jiān)測區(qū)域受限

通常采用人工調(diào)查的監(jiān)測方式，對(duì)區(qū)域規(guī)模的要求較高，只適用于小區(qū) 域的監(jiān)測且受到人為因素的影響較大，致使監(jiān)測精度無法達(dá)到規(guī)范要求， ?造 成動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確。若需在大區(qū)域范圍內(nèi)監(jiān)測作業(yè)，會(huì)因人手不足影響 人員分配，或在高危地帶的監(jiān)測區(qū)內(nèi)，無法依靠人力進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。

2.2 ?數(shù)據(jù)采集技術(shù)滯后

數(shù)據(jù)采集主要有兩方面制約因素：一方面研究經(jīng)費(fèi)不足，監(jiān)測范圍覆 蓋不全面，無法滿足生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的要求。另一方面主要 以人工操作為主，數(shù)據(jù)信息采集效率及準(zhǔn)確率較低，部分動(dòng)態(tài)化監(jiān)測無 法有效記錄。總體來說，監(jiān)測技術(shù)有待提高，數(shù)據(jù)采集技術(shù)滯后，需要 變革更新。

2.3 ?自動(dòng)化監(jiān)測水平較低

在信息技術(shù)急速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備正在慢慢向自動(dòng)化監(jiān)測 工具轉(zhuǎn)變，但仍需要提高監(jiān)測自動(dòng)化水平。無人機(jī)遙感技術(shù)作為自動(dòng)化發(fā) 展中的產(chǎn)物，已憑借其成本低、效率高等優(yōu)勢，發(fā)展為水土保持監(jiān)測中的 重要技術(shù)手段。無人機(jī)遙感技術(shù)的主要功能是準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)信 息的處理，最后形成動(dòng)態(tài)監(jiān)測圖像，該技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成國內(nèi)外學(xué)者的熱門 研究問題?，F(xiàn)階段無人機(jī)遙感技術(shù)雖然已從試驗(yàn)階段過渡到使用階段，但 技術(shù)并不十分成熟，還未能構(gòu)成完整的監(jiān)測系統(tǒng)。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)的定義

無人機(jī)遙感技術(shù)是以無人機(jī)作為中間載體，結(jié)合無人機(jī)飛行技術(shù)、 GPS、計(jì)算機(jī)技術(shù)等一系列先進(jìn)技術(shù)，快速準(zhǔn)確地獲取信息，完成數(shù)據(jù)處 理和應(yīng)用分析的技術(shù)。隨著無人機(jī)上可搭載的數(shù)據(jù)化探測設(shè)備及遙感傳感 器的更新完善，該技術(shù)可以根據(jù)項(xiàng)目的不同需求獲取相應(yīng)的信息，其應(yīng)用 領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，目前已涉及土地利用監(jiān)測、水利水電、突發(fā)事件調(diào)查等多 個(gè)領(lǐng)域。與早期的遙感監(jiān)測技術(shù)相比，無人機(jī)遙感技術(shù)的影像分辨率更 高，主要是可以設(shè)置無人機(jī)飛行速度、高度及時(shí)間等參數(shù)，進(jìn)而獲取既滿 足精度要求同時(shí)分辨率又較高的影像。此外，無人機(jī)遙感技術(shù)還可以結(jié)合 實(shí)際任務(wù)需求，設(shè)定飛行路線和飛行頻次，進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)地的動(dòng)態(tài)監(jiān)測[2] 。 ? 4 無人機(jī)遙感技術(shù)的主要特點(diǎn)

無人機(jī)遙感技術(shù)借助無人機(jī)收集地表數(shù)據(jù)信息，通過計(jì)算機(jī)處理為三 維圖形，在整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化層面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)的主要特點(diǎn)為：① 拍攝精度高。無人機(jī)的飛行范圍一般在50～1000m，采集地表數(shù)據(jù)信息時(shí) 的航拍精度為0.1～0.5m。②實(shí)用性強(qiáng)且設(shè)備費(fèi)用低。無人機(jī)身形輕巧且 矯健，結(jié)構(gòu)簡單，飛行作業(yè)時(shí)靈活自如，對(duì)外在環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。一 般作業(yè)為低空飛行，受雨雪等天氣的影響較小，同時(shí)，機(jī)身及拍攝設(shè)備費(fèi) 用較低。③操作簡單且安全。監(jiān)測時(shí)不需要特定的外在條件，即可快速起 升，相對(duì)操作簡單。同時(shí)，不易受到天氣因素的干擾，可在嚴(yán)寒或酷暑條 件下作業(yè)，安全性也較高，在遇到突發(fā)狀況時(shí)，如危險(xiǎn)區(qū)域的調(diào)查、空中

救援指揮等，不會(huì)造成人員的傷亡。④拍攝便捷且分辨率高。無人機(jī)易于 控制飛行航線，可以根據(jù)需求多角度拍攝，針對(duì)一般監(jiān)測區(qū)可采用豎直拍 攝收集數(shù)據(jù)信息，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以采用斜向拍攝收集細(xì)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信 息，成像效果清晰。該技術(shù)充分發(fā)揮了其拍攝便捷的優(yōu)勢，解決了復(fù)雜結(jié) 構(gòu)之間因相互覆蓋而掩蓋原始數(shù)據(jù)的問題，進(jìn)而能夠獲得全面詳細(xì)的影像 信息和完整的監(jiān)測圖件。

5 無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

5.1 ?方案設(shè)計(jì)

以某地區(qū)工程的施工圖與當(dāng)?shù)氐孛沧鳛檠芯繉?duì)象，建立航拍監(jiān)測體 系。根據(jù)研究區(qū)的工程水土流失特點(diǎn)，確定區(qū)域內(nèi)水土保持監(jiān)測范圍，本 文以水土流失面積120hm2為例，監(jiān)測方法主要為無人機(jī)遙感監(jiān)測。依據(jù)預(yù) 定的監(jiān)測范圍與時(shí)段進(jìn)行水土保持監(jiān)測，對(duì)研究區(qū)域的水土流失情況進(jìn)行 定量及定性分析，全面掌握水土流失區(qū)域防治措施的實(shí)施情況以及實(shí)施后 的控制現(xiàn)狀。

5.2 ?監(jiān)測主要內(nèi)容及成果應(yīng)用分析

5.2.1 ?地質(zhì)狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測

①監(jiān)測內(nèi)容：其中包括土地利用類型、土地?cái)_動(dòng)面積與地質(zhì)演變情況 等。②應(yīng)用：依據(jù)DOM成果和項(xiàng)目區(qū)平面布置圖，勾劃各片區(qū)的邊界線。 基于AcrGIS技術(shù)，計(jì)算各片區(qū)的土地?cái)_動(dòng)面積，同時(shí)注明各區(qū)的土地利用 類型。還可以利用時(shí)間差比對(duì)監(jiān)測結(jié)果，了解土地的演變情況。

5.2.2 ?水土保持工程的監(jiān)測

①監(jiān)測內(nèi)容：主要包括取土場、堆放場以及棄土場的落實(shí)情況等。② 應(yīng)用：依據(jù)DOM成果確定研究區(qū)內(nèi)的取土場、堆放場以及棄土場，標(biāo)識(shí)其 具體位置，計(jì)算其具體數(shù)量。同時(shí)，還可以計(jì)算項(xiàng)目施工期間堆放場內(nèi)棄 渣量的變化，并從影像和三維模型中觀察水土防治措施的落實(shí)情況[3]。

5.2.3 ?水土保護(hù)措施的監(jiān)測

①監(jiān)測內(nèi)容：主要包括物理工程措施、生物措施和其他臨時(shí)防治措 施。②應(yīng)用：依據(jù)DOM成果獲取研究區(qū)的水土保護(hù)措施情況。物理工程措 施的成果可應(yīng)用于確定土地整治面積、工程及植物護(hù)坡位置和面積等;生 物措施的成果可應(yīng)用于確定綠化面積和植被覆蓋度等;其他臨時(shí)防治措施的 成果可應(yīng)用于確定臨時(shí)攔擋位置及長度等。

5.2.4 ?土壤流失情況的監(jiān)測

（1）監(jiān)測內(nèi)容。主要包括土壤流失面積、流失量及流失危害等。

（2）應(yīng)用。利用無人機(jī)遙感技術(shù)獲取土壤流失面積，結(jié)合地面觀測所

獲得的土壤侵蝕模數(shù)，計(jì)算各片區(qū)的土壤流失量，還可以只依靠無人機(jī)遙 感技術(shù)，根據(jù)植被覆蓋度、土地利用類型等數(shù)據(jù)，代入方程及分類標(biāo)準(zhǔn)，獲得土壤流失數(shù)量、強(qiáng)度等數(shù)據(jù)[4]。

結(jié)束語

綜上所述，采用無人機(jī)遙感技術(shù)可拍攝高清晰度遙感圖像，且空中作 業(yè)模式克服了復(fù)雜地形因素的影響，從而能準(zhǔn)確、高效地獲取工程中地物 面積、堆土體積等水土保持監(jiān)測的重要數(shù)據(jù)，為水土保持監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展 產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]石芬芬，田魏龍，萬佳蕾.無人機(jī)遙感技術(shù)在江西省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管中的應(yīng)用[J].亞熱帶水土保持，2019，31（04）：65-67.

[2]屈明明.無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持方案編制工作中的應(yīng)用[J].長江技術(shù)經(jīng)濟(jì).2019，3（S1）：51-53.

[3]曾宏琦，文承榮.無人機(jī)遙感技術(shù)在開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用[J].廣東水利水電.2019，（08）：91-95.

[4]李嵐斌，金平偉，李樂，等.無人機(jī)遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用——以清遠(yuǎn)抽水蓄能電站為例[J].人民珠江，2019，40（01）：6-11.