无人机技术在水土保持监测中的应用探讨

水土保持监测工作采用无人机遥测技术能够弥补传统工作中的缺陷和不足，针对生产建设项目水土保持监测要求，介绍无人机遥测技术在水土保持监测中的应用过程、方法、存在问题及发展趋势。

无人机遥测技术；水土保持监测；土壤侵蚀

无人机技术在水土保持监测中的应用探讨

□赵云云 霍惠玉

2017-11-20

赵云云，女，汉族，河北省水利技术试验推广中心，助理工程师。

霍惠玉，男，汉族，河北省水利科学研究院，高级工程师。

无人机遥测技术是一种以无人机为飞行平台，利用搭载的成像设备获取遥感影像或视频等信息的遥感与摄影测量系统，非常适合小范围内高分辨率遥感数据的即时获取。随着无人机遥测技术的成熟，其在水土保持领域的应用越来越广泛。特别是在生产建设项目水土保持监测方面，无人机遥测技术可以全面、精确与实时的获取土壤侵蚀因子、土壤侵蚀状况以及水土流失防治现状等数据，为水土保持监测工作的开展提供必要保障。

1.无人机遥测技术原理

首先，确定飞行规划设计，通过实地勘测、遥感影像或google earth影像等数据，对生产建设项目所处区域的地物、地形地貌以及土地利用情况进行掌握，并根据工程施工特定进行飞行规划设计，飞行规划设计可选择大比例尺或高精度地形图作为遥测设计用图，遥测线路尽量避开高压线与周边地形复杂区域，保证飞行线路直线性，线路工程需对项目区分段测绘，航线应按图幅中心敷设；第二，布设控制点与确定解译标志，通过小中型无人机测绘获取的特殊目标影像没有坐标文件，需控制控制点满足后期数据精度要求，一般可利用建设项目中的基准点即可，无法满足精度要求时可利用RTK进行补充测量。除了控制点外，还需现场调查确定解译标志，需覆盖项目区的全部地物类型，为后续影像分类提供依据；第三，数据筛选与成图，无人机拍摄后，对遥测数据进行筛选，选择拍摄清晰和信息丰富的影像，删除重复影像，调整影像使颜色及亮度均匀，从而获取原始影像与POS数据，将预处理的多幅无人机影像导入数据处理软件进行几何校正、拼接、融合后获取全景影像，通过空中三角测量功能生成区域DEM、DOM正射影像，并最终生成三维地形图。

对于水土保持监测要求测量精度较低时，也可在低精度POS数据下，通过IPS软件自动匹配点后采用自由网空三平差生产DTM数据后纠正单片数据最终生成DOM或DEM。

2.无人机遥测数据在水土保持监测中的应用

2.1 监测内容

施工准备期之前，主要对监测范围内的地形地貌、土壤、植被、土地利用类型、水土保持措施以及水土流失情况进行调查，从而掌握生产建设项目的水土流失背景；施工区主要是对扰动面积、土方量、水土保持措施数量以及质量、水土流失量进行监测，从而得到建设期水土流失动态；林草植被恢复期主要是对水土保持措施数量、质量以及效益进行监测，包括：拦渣工程、护坡工程、土地整治工程、防洪排导工程、降雨蓄渗工程以及植被建设等措施数量与质量。

2.2 遥测数据分析应用

首先在项目施工准备期以前，对建设项目水土流失防治责任范围进行一次无人机遥感监测，将遥感监测DOM成果与含有地形图的平面布置图、土地利用现状图叠加，并根据水土保持方案确定的监测分区划定监测边界线，以此数据作为原始基础数据。其次项目建设开工后，根据建设项目施工节点与水土保持监测频率对防治责任范围区域进行无人机全面遥测，利用GIS软件并通过解译标志对DOM遥测数据解译，确定每个监测时段水土保持监测分区内扰动面积、扰动土地类型、临时堆土、弃渣面积、临时措施位置与数量、工程措施位置与数量以及植物措施位置与数量，将以上内容绘入原始基础数据图内，并建立相应的数据库对不同时期不同分区的数据进行比对与监测。通过无人机遥测的数据建立DEM模型完成于开挖土方量、填筑土方量、借土方量以及弃渣量的监测，DEM成果可计算出土方量，通过与前一时间监测的方量对比，计算项目施工期间方量的变化量；对于水土流失量可以利用DEM数据获取坡度分级信息，结合土壤侵蚀分类分级标准，判别各划分单元的土壤侵蚀强度，并根据地面观测法估算建设项目水土流失量。最后工程建设施工完工后，对整个项目进行一次无人机全面监测，确定最终水土保持措施数量、位置以及防治效果。

3.无人机遥测应用存在的问题与发展趋势

水土保持监测工作多位于山区，地形复杂，容易在起降过程造成无人机损坏；小、轻型无人机飞行高度较低且容易受到风的因素影响，一般采用增加荷载提高抗风能力但会缩短续航时间；无人机遥测完成后，需实现数据的快速处理，以满足水土保持监测工作的高时效性。

将现代化高科技与传统的常规监测技术有机结合，积极开展RS、GPS、GIS以及无人机遥测技术在水土保持监测中的应用研究，利用无人机实时获取数据，后期通过GIS软件对采集的数据分析模拟处理，建立监测、传输、处理、发布数据信息系统和动态反映水土保持状况的空间数据库。□