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无人机遥感技术在水土保持监测中的应用研究

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王安栋

[导读] 摘要：在我国经济快速发展过程中，传统的水土保持监测方法已无法满足工作的正常要求，无人机遥感技术逐渐兴起，并呈现出多机型、多功能的发展态势。

        云南三江源工程设计咨询有限公司云南昆明 650224
        摘要：在我国经济快速发展过程中，传统的水土保持监测方法已无法满足工作的正常要求，无人机遥感技术逐渐兴起，并呈现出多机型、多功能的发展态势。但是，无人机遥感技术在水土保持监测中的应用处于起步阶段，并未形成统一的方法与标准。通过介绍传统监测技术中存在的弊端，结合分析无人机遥感技术概述，构建某地区水土保持监测中无人机遥感技术的应用体系，为水土保持监测和水土流失治理提供技术支撑。
        关键词：无人机遥感技术；水土保持；监测
        引言
        水土保持监测是水土流失预防和治理的基础，是生态环境保护和修复的重要手段，是国家生态文明建设决策和考核的依据。十九大以来，生态文明建设已经上升为新时代中国特色社会主义的重要组成部分，这对水土保持监测工作提出了更加严格的要求。传统监测手段以调查监测和地面观测为主，针对性强，但监测效率低、精度差，难以实现全域监测。卫星遥感影像一般适用于大尺度监测，影像质量易受云层、雾霾等影响，对生产建设项目水土保持监测，其影像分辨率不高，无法满足水土保持监测工作的精度要求。进入21世纪，随着无人机芯片等关键技术的成熟，无人机应用领域由军用向民用方向迅速扩展，基于无人机的水土保持监测技术也日渐成熟，并取得了显著成效。与传统监测手段和卫星遥感影像相比，无人机遥感技术可提供丰富的地物空间结构和细致的几何纹理，具有快速高效、机动灵活、成像分辨率高等优势，已经成为水土保持监测的新型技术手段。
        1无人机遥感技术概述
        无人机遥感技术可将计算机技术、无人机飞行技术以及GPS技术进行有效结合，在无人机遥感技术的实际应用中，能够对各类监测设备进行有效管理，执行多种监测任务，可适应复杂的勘察背景，可迅速收集勘察区域地形地貌实际情况以及生态环境信息。另外，对于遥感数据，可进行建模处理，充分展现出无人机遥感技术的自动化以及智能化。无人机遥感技术所需设备类型包括控制台、飞行器、遥感监测平台等，其中飞行器是由航空器平台、导航装置、电气设备、动力设备等组成的，是无人机遥感系统中最为关键的设备。在无人机遥感技术的实际应用中，通过控制台可对飞行器飞行过程进行控制管理，收集勘察区域水土数据信息，然后将其传递至遥感监测平台中进行数据处理分析，最终即可得出完善的水土信息。在水土流失监测中，无人机遥感技术的实用性强、精度高、安全性高，并且拍摄角度广。另外，无人机机身小，在作业过程中适应性较强，能够适应复杂的地址地形条件，对于气候环境的要求比较低，在冬季、夏季均可进行监测，可根据实际需要对控制平台进行调控，调整飞行器的飞行状态，对监测区域进行全面监测。
        2无人机遥感技术在水土保持监测中的应用
        2.1方案设计
        以某地区工程的施工图与当地地貌作为研究对象，建立航拍监测体系。根据研究区的工程水土流失特点，确定区域内水土保持监测范围，本文以水土流失面积120hm2为例，监测方法主要为无人机遥感监测。依据预定的监测范围与时段进行水土保持监测，对研究区域的水土流失情况进行定量及定性分析，全面掌握水土流失区域防治措施的实施情况以及实施后的控制现状。
        2.2监测主要内容及成果应用分析
        （1）地质状况的动态监测。①监测内容：其中包括土地利用类型、土地扰动面积与地质演变情况等。②应用：依据DOM成果和项目区平面布置图，勾划各片区的边界线。基于AcrGIS技术，计算各片区的土地扰动面积，同时注明各区的土地利用类型。还可以利用时间差比对监测结果，了解土地的演变情况。（2）水土保持工程的监测。①监测内容：主要包括取土场、堆放场以及弃土场的落实情况等。

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②应用：依据DOM成果确定研究区内的取土场、堆放场以及弃土场，标识其具体位置，计算其具体数量。同时，还可以计算项目施工期间堆放场内弃渣量的变化，并从影像和三维模型中观察水土防治措施的落实情况。（3）水土保护措施的监测。①监测内容：主要包括物理工程措施、生物措施和其他临时防治措施。②应用：依据DOM成果获取研究区的水土保护措施情况。物理工程措施的成果可应用于确定土地整治面积、工程及植物护坡位置和面积等；生物措施的成果可应用于确定绿化面积和植被覆盖度等；其他临时防治措施的成果可应用于确定临时拦挡位置及长度等。（4）土壤流失情况的监测。①监测内容：主要包括土壤流失面积、流失量及流失危害等。②应用：利用无人机遥感技术获取土壤流失面积，结合地面观测所获得的土壤侵蚀模数，计算各片区的土壤流失量，还可以只依靠无人机遥感技术，根据植被覆盖度、土地利用类型等数据，代入方程及分类标准，获得土壤流失量、强度等数据。（5）水土流失防治效果监测。①监测内容：主要包括土壤流失控制比、林草植被恢复率及覆盖率等指标。②应用：获得数据信息后代入各指标的计算公式即可，同时需检验其是否达到标准。
        2.3数据获取
        （1）航线规划。在航线规划前，要求对航拍区域相关资料进行查阅分析，判断是否处于禁飞区域，对于航拍区域进行实地勘察。创建区域遥感影像以及DEM，详细了解区域地形地貌、地形起伏情况等，根据监测范围面积、数字成图精度要求等设计航线、飞行方向、飞行高度、航向重叠度等。（2）合理布设地面控制点。如果对于成果精度的要求比较高，则应对地面控制点进行校正，保证影像精度。在布设地面控制点时，应坚持“保证数量、均匀分布”的原则，在监测区域，可设置多个便于识别的彩色标志作为地面控制点。（3）获取无人机遥感数据。在无人机地面站系统对飞行任务进行检查，保证无人机以及地面站系统各项指标信息正常，确保符合飞行任务规划要求，然后再严格执行飞行计划，获取监测区域航空遥感影像。
        2.4数据处理
        在获得多景原始数据后，可采用Pix4Dmapper软件进行数据处理，并形成DOM以及DSM等成果。数据处理步骤主要包括以下几点：①准备原始数据。原始数据主要包括影像数据、控制数据以及POS数据，为了保证原始数据的准确性以及完整性，在获得影像资料后，要求对相片质量进行检查，同时还需对POS数据文件进行检查，避免POS数据中的相片号与影像数据相片号无法对应。②创建数据处理项目。导入影像资料以及POS数据，并创建照片阵列，合理设置地理定位、方向等参数。③导入控制点文件，无论是否有控制点，均可根据原始静态照片创建三维模型，并制作DOM以及DSM。④创建密集点云，并进行全自动空三加密，形成DEM以及DOM成果。
        2.5信息提取
        通过应用地理信息系统软件，根据DOM以及DSM，即可详细了解监测区域扰动面积、水土保持措施数量等，并形成三维模型，据此判断水土保持方案的责任范围，判断水土保持工作的落实情况。在对水土保持项目进行抽查以及竣工验收时，通过对无人机DOM影像进行解译分析，即可判断水土保持措施规模是否属实。
        结束语
        随着科技的进步和信息化技术的快速发展，水土保持监测工作在要求高效率的同时，还向着智能化方向发展。无人机遥感技术不仅改进了传统的监测手段，还能提高项目监测的精度和自动化程度。
        参考文献：
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        [2]曾宏琦，文承荣.无人机遥感技术在开发建设项目水土保持监测中的应用[J].广东水利水电，2019，2（8）：91-95.
        [3]李增，岳奎.无人机遥感在水土保持监测的应用[J].水能经济，2017，4（10）：233.