无人机在水土保持监测的应用

谭立仁

（甘肃江河水利工程建设有限公司 甘肃省兰州市 730000）

引言

无人机在监测工作中的应用主要体现在对造成水土流失的成因，水土流失的数量、影响范围、强度、造成的危害以及防治的成效等指标进行动态监测和评估。无人机遥感系统是继传统航空、航天遥感平台之后的第三代遥感平台。它可快速获取地理、资源、环境等空间遥感信息，完成遥感数据采集、处理和应用分析。该系统由于具有机动、快速、经济等优势，已经成为世界各国近年来争相研究的热点课题，现已逐步从研究开发发展到实际应用阶段，成为未来的主要航空遥感技术之一。与传统的监测方式相比，提高了工作效率，降低了工作难度、提高了监测的准确性，采集到数据更加完整和准确，科学性更高。此项技术的应用，为水土保持监测提供了有力的帮助，国家相关部门进行水土保持规划、工程项目治理等工作都有了良好的依据，在国家政策的制定、实施、监测和验收等方面都有了较为突出的贡献。

1 无人机的概述

无人机技术是以无人机为载体，将遥感技术与计算机数据图像处理技术相结合，通过无人机的控制系统、地面接收站等相关联系的。无人机的便携性能，放宽了水土保持监测的地域限制，它可以在较广的区域内较为迅速和准确的完成数据采集，同时将数据快速的进行处理和汇总。但是目前无人机在不同区域的传感配置要求不一致，无人机结构也存在差别。

2 无人机的优势

2.1 较高准确度

无人机承载着遥感技术和计算机数据采集处理技术，相对于传统的监测来说具有较高的准确性，可以满足水土保持监测的要求。现阶段使用的无人机多为民用无人机，但是其数据监测的准确性没有差异，只是在航拍时的飞行高度受限，不能高空进行数据采集。对于水土保持监测，这种低空数据采集可以更加清晰的展现地形地貌，对数据采集信息更加有利。无人机本身较为灵活，可以对较为复杂的环境和人不能到达的地方进行监测，这种优势提高了水土监测的准确性和科学性，为水土保持监测工作提供了可靠的依据。

2.2 大范围多角度满足拍摄要求

无人机拍摄在监测范围和角度方面具有较大的灵活性，可以根据不同的要求进行调整。在拍照时间上，在续航和气象条件允许的情况下既可以实现全天候拍摄，也可以定时定点拍摄，无人机可以很好地调整拍摄范围，既可大范围地拍摄也可以小范围的拍摄，特别是复杂区域的拍摄，可以通过无人机悬停、转弯半径小等优势进行多角度的详细拍摄。先进的纯属技术可以使拍摄的实际情况瞬时展现在操作者面前，便于拍摄者进行调整。同时借助先进的网络技术和卫星定位导航技术，无人机可以在拍摄时确保定位信息的准确性，从而确保拍摄面积的数据准确性。

3 水土保持监测现状

我国国土面积广，地形相对复杂，水土保持监测的难度较大。另外，由于历史原因，我国的水土流失较为严重，与其他国家相比，我国的水土流失已经成为了亟待解决的问题。我国的水土保持监测工作起步相对较晚，水土保持监测体系还不太完善，在实际工作中还有很多的漏洞，这些问题制约着水土保持监测工作的正常运行。在目前的水土保持监测工作中，对监测区域内的水土进行数据调查是最普遍的监测模式，但是这种工作模式也存在着弊端，水土保持监测缺乏全面性，只能在区域内进行数据汇总，受到外界因素影响较大，精度也存在着误差，监测数据存在着误差。另外，由于传统水土保持监测方法的局限性，人力物力消耗大，占用率高，并且还有很多人力无法到达或者无法监测的区域，成为了监测的盲区，导致水土保持监测数据不完整，影响水土保持工作的进行。

4 无人机在水保监测中的应用

4.1 监测内容

在水土保持监测工作准备阶段，需要对监测范围大致状况进行了解，如监测区域的地形地貌、土壤构成和特性、植被类型和分布情况、土地开发和利用情况等，为无人机应用做好准备；在监测实施阶段，主要监测的内容包括以下几点：①影响项目区土壤侵蚀的主要自然因子监测；②项目施工全过程水土流失动态；③项目防治责任范围内水土保持治理措施实施情况监测；④项目区水土流失防治效果监测。通过对以上数据的监测，准确获取水土流水实际数据。在对林草植被进行监测的重点内容为拦渣工程、土地整治工程、降雨蓄渗工程、防洪疏导工程以及植被建设状况等。而后结合诸多数据评估水土保持的效果和质量。

4.2 遥测数据分析的应用

4.2.1 准备阶段

在此阶段，主要是通过无人机对区域内的水土流失情况进行整体的监测，通过遥感技术将区域边界、区域内植被等进行数据采集，并通过与其他施工数据进行结合，形成整体的情况汇总。

4.2.2 施工阶段

在工程施工施工阶段，根据工程项目的施工进度安排对施工区域的水土保持情况进行细致的监测，并将遥感数据通过卫星定位系统进行进一步完善，将此地域的土壤、植被、面积、施工位置等数据进行细致的汇总整合，然后将信息内容与准备阶段的数据进行叠加，从而形成较为完善的数据库信息。在无人机绘制出模型后，可以对是个施工中需要开挖的土方、填充土方量等进行测算，同时还可以根据与之前的监测数量进行对比，从而得到施工过程中土方量的差异变化，更好的为施工服务。通过遥感技术呈现的模型数据，可以获得有效的坡度呈现信息，然后通过和已有的土壤侵蚀标准度相对比，形成不同板块的土壤侵蚀状况，从而对各种水土流失侵蚀数据进行分析并做出科学的判断。然后，还要进行地面的实际观测，对工程区域内的水土流失矢量做出一个整体的评价，形成准确的数据。

4.2.3 后期监测

在工程项目竣工后，还要通过无人机继续对水土保持情况进行监测和评价。

5 无人机遥测应用存在的问题和发展趋势

对大面积或线型工程监测时，外业工作量非常大，尤其是一些监测人员无法或难以到达的区域，就无法获取数据。小区观测法、桩钉法、侵蚀沟体积量测法、沉砂池法是水土流失量获取最准确的方法，但布设位置、密度决定在一定区域水土流失强度准确度，且由于工程不断扰动，大大影响了监测精度和增加实施难度；卫星遥感受卫星运行轨道的限制，难以达到及时性需求，又常因云层遮挡而遗留许多漏洞，大大减弱提供准确成果的能力。随着科技的不断进步，无人机监测不断与其它技术相结合，如在水土监测中应用RS、GIS技术相结合，在获取数据的同时GIS软件对数据信息进行分析处理，极大提升了信息获取能力和信息快速处理能力，使单纯的监测变为监测、分析、处理一体化作业。同时GIS技术先进的模拟能力，能够根据监测结果不断更新数据库，准确地反应出实际的水土保持的状况。

6 结语

随着生产建设项目的不断增多，今后生产建设项目水土保持监测的任务量越来越大，须探索研究新技术、新手段，提高监测工作的效率和精度。无人机技术结合实地测验完全可以用于生产建设项目水土保持监测工作，并且野外工作量小，监测精度高，可作为今后监测工作的发展方向。