无人机遥感技术在防治土地沙漠化中的应用

朱奕霖

摘要：过去的水土保护监测很大程度受限于當地的地理环境，经常会出现遗漏的问题。而无人机技术的应用可以很大程度上解决这一问题。传统的水土保持验收的时候，往往存在人手不够，验收缓慢等一系列问题。通过将无人机技术应应用于水土保持验收工作中，生成的矢量化遥测数据可以精确直观快速准确的对水土保持成果进行验收。近年来随着国内高分遥感卫星的成熟，可以在无人机监测的过程于高分遥感卫星进行密切配合，建立水土保持的综合信息库，对重点工程和生产建设中的项目进行全方位监测。无人机除了能对水土保持进行验收之外，还可以对对水土流失量、土方量等重要参数进行收 集，并对水土保持情况和效果进行观察。

关键词：无人机遥感技术、防治土地沙漠化、监测

1.传统的防止土地沙漠化进程技术的不足

1.1监测区域有限

我国幅员辽阔，东西部发展差异巨大，使得防治土地沙漠化的难易程度存在很大差异。而传统的防治土地沙漠化的方法主要是靠人力进行实地监测，受外界因素影响较大，精确度也不高，不能够实时动态的监测土地沙漠化进程，监测得到的数据不具备连续性和系统性。土地沙漠化往往发生在西部地区，以甘肃、陕西、山西、内蒙古尤为严重。这些地区共有的特点是地广人稀，很难通过人力监测做到监测区域全覆盖，甚至有些高海拔地区或者是无人区都不能够通过人力进行采集数据。

1.2数据采集方法有待提高

由于很多地方在之前很长一段时间注重发展本地区的经济，故没有太在意防治土地沙漠化这一方面，导致很多地区在防止土地沙漠化这一方面经费紧张，直接导致在实时监测的过程中出现监测不全面、不系统的问题，不能够为防治土地沙漠化提供针对性有效的数据。另外在传统的监测过程中，主要是靠人力，故在采集数据的过程中效率低，精度低，不能够很好的监测土地沙漠化进程以及为精准防治土地沙漠化提供数据支持。

1.3监测自动化程度有待提高

传统的防治土地沙漠化的工作主要是人工，并没有将信息技术引入到监测环节中来。人工采集数据时间周期长，效率低下;在数据处理过程中也存在同样的问题，因此不能够对土地沙漠化进程进行实时的、动态的监测，不利于帮助人们及时了解到土地沙漠化的程度。无人机遥感技术从十几年前的刚刚面试，逐渐发展到今天应用到防治土地沙漠化进程当中，虽然很大程度上提高了数据采集的效率，但是在数据采集的过程中还存在着一定的不足，在监测体系完整性上面，还有待提高。但是，无人机遥感技术的应用，在一定程度上改善了传统防治土地沙漠化进程中自动化程度较低的情况。

2.无人机遥感技术

2.1无人机遥感技术的基本概念

无人机遥感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ）， 即利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，能够实现自动化、智能化、专用化快速获取需要防治土地沙漠化空间的遥感信息，且完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机遥感系统由于具有机动、快速、经济等优势，成为未来的主要航空遥感技术之一，在防治土地沙漠化的许多方面都得到了广泛的应用。

2.2无人机遥感技术的特点（主要是无人机、遥感技术、数据处理）

UAVRS主要采用了集成化技术，体积小，便于携带，更方便在野外进行作业。另外UAVRS所搭载的相机像素分辨率率非常的高，达到了5000万像素，能够满足对于精度上面的要求。此外，UAVRS还借助了RS技术，在作业时不会受到地形因素的制约，能够全方位，不留死角的对所监测的区域数据进行一个精准反馈。

无人机的特点：其主要特点包括：机体重量轻，结构强度高，使用和采购成本低，维护方便及硬件方面兼容性高。该测绘用无人机采用航空级木料制作，与其他材料相比减轻了飞机的自身重量，提升载荷能力与续航时间。木质测绘用无人机的可维护性好，飞机的各部分构件均为独立加工，使用高强度的碳纤维复合材料作为受力连接，如果机体某一部分受损，可进行局部更换，便于维护。减少了企业对飞机整机采购的成本。

遥感技术的特点：遥感传感器是根据不同类型的遥感任务，使用相应的机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、多光谱成像仪、红外扫描仪，激光扫描仪、磁测仪、合成孔径雷达等。使用的遥感传感器应具备数字化、体积小、重量轻、精度高、存储量大、性能优异等特点。

遥感数据后期处理

无人机遥感系统多使用小型数字相机（或扫描仪）作为机载遥感设备，与传统的航片相比，存在像幅较小、影像数量多等问题，针对其遥感影像的特点以及相机定标参数、拍摄（或扫描）时的姿态数据和有关几何模型对图像进行几何和辐射校正，开发出相应的软件进行交互式的处理。同时还有影像自动识别和快速拼接软件，实现影像质量、飞行质量的快速检查和数据的快速处理，以满足整套系统实时、快速的技术要求。进一步的建摸、分析使用相应的遥感图像处理软件。

无人机遥感技术的不足

无人机遥感技术并不是十全十美的。在相应的遥感技术应用上，多数为高空作业。而对于在高原上进行作业或者需要低空作业的时候则收到大气环境、云层。气流等多重环境因素影响，其所测数据的精度就会大大降低。

3.无人机遥感技术在防治土地沙漠化过程中的应用

3.1制定方案

制定防治土地沙漠化的方案需要考虑多方面的因素。要根据防治土地沙漠化面积的大小来进行精准施策。对于沙化土地面积较大或者是沙漠来说，应该重点监测沙化土地或者沙漠的外围，此时尽量不要去关注沙化土地的面积。无人机遥感技术能够在短时间内快速熟悉沙化土地或沙漠外围的地形地貌，了解土地沙化的实际情况。而对于那些沙化土地面积较小，甚至刚刚开始土地沙化的区域，则要对正片区域进行监测，要关注实时关注土地沙化面积的变化，及时调整治理方案。无人机遥感技术能够根据制定的飞行区域，传输回来清晰地卫星遥感影像图，从而预测土地沙漠化未来的发展走势。利用无人机遥感技术获取数据，可以帮助检测人员科学合理的进行监测，精准的提出治理方案，减少了人力物力的浪费，做到最大程度的省时、高效。

3.2动态监测

防治土地沙漠化过程中的动态监测是无人机遥感技术的主要功能之一。动态监测就是对监测区域内的土地沙化程度、土地沙化速度、沙化土地及其周围的植被覆盖情况等各类数据进行分析。无人机遥感技术具有精度高、效率高的特征，能够及时得到监测区域的数据信息和相应的地形图。现阶段无人机遥感技术主要用于外业的监测上，通过事先为无人机制定好的航线，确定出土地沙化的具体范围，然后对沙化土地区域进行信息的动态监测 ，获得所需地区的相关土地沙漠化的数据，再通过人工后台对无人及反馈回来的数据加以分析，能够及时准确地获得土地沙漠化的进程、沙化土地周围变化、沙化土地面积变化、沙化土地的厚度等。

3.3防治土地沙漠化的成果检核验收

无人机遥感技术能够对土地沙漠化动态变化进行监测，结合相关的二维、三维的图形，大致划定土地沙漠化的面积，再根据DEM的数据分析，得出植被覆盖程度，按照相关评估标准，确定土地沙漠化得程度。无人机遥感技术还可以用于对防治土地沙漠化的结果的检核和验收。在治理一块沙化的土地之前和治理之后，都要用无人机对所治理的土地进行实地测量。根据测量的原始数据和的测量治理后的数据，对防止土地沙漠化得成果进行评价，建立起完整的系统的数据库，对防治土地沙漠化的成果进行检核和验收。对于人烟稀少或者地质环境复杂的地区，无人机遥感技术能够实时对这些区域进行监测，对防治土地沙漠化的相关情况进行验收。

3.4监督执法

监督执法在防治土地沙漠化过程中是必不可少的一环。无人机遥感技术的应用，可帮助监督执法的工作人员及时发现并处理土地沙漠化过程中的问题，对于防治土地沙漠化所做的一些措施进行监督检查，比如通過无人机遥感技术可以通过高精度的遥感影像查看到植树造林和退耕还林的情况，确保防治土地沙漠化符合国家相关的法律法规和从政策要求。无人机遥感技术能够准时、高效地获得防治土地沙漠化的相关资料，使得管理人员能够全面、准确、及时的反馈防止土地沙漠化过程中所出现的一系列问题。

4.无人机遥感技术的数据处理与建模（本文不做详细介绍）

4.1成像光谱数据处理与建模

成像光谱技术中使用可见光成像和多光谱数据通常选取特征波段或计算植被指数，将主成分提取后的光谱特征信息与作物的各项生理生化指标建立反演模型。

4.2空间构型数据处理与建模

空间构型数据中，smf方法基于可见光摄影测量，结算后的数据是带有色彩信息的三维空间坐标，基于激光直接测量的LiDAR技术获取的仅有空间位置信息。（LiDAR数据处理的首要工作是去除由和平滑由于系统误差、目标表面过亮或偶然因素导致的噪声点。随后修复点云漏洞及确实部分，在完整的点云基础上完成精细建模）

5.结束语

伴随着科技的发展，信息技术已经深深融入到了人们的生活之中了。无人机遥感技术在防治土地沙漠化进程中所发挥的作用也是越来越大，无人机遥感技术就有传统技术不具备的诸多优点，其省时、高效、便捷;能够全面、系统、连续的对土地沙漠化情况进行监测。但是，无人机遥感技术自身也存在着一些不足，比如无人机续航里程问题在很长一段时期内都是困扰防治土地沙漠化的一个关键问题。这就需要我们在现阶段合理的安排人力和无人机，让二者有机的结合在一起，各自发挥所长，不断提高防治土地沙漠化的技术水平。

参考文献：

[1]水土保持设施验收中无人机技术的应用，卢尚洪

[2]宋晓峰，水土保持设施验收中无人机技术的应用分析

[3]水土保持中高分遥感及无人机的应用，方宗福，寇新月

[4]高分遥感和无人机技术 在水土保持监管中的应用 姜德文

[5]无人机技术在环境监测中的应用研究 李爱军，李 伟

[6]浅谈无人机遥感技术在测绘领域的应用 赵晓娜

[7]无人机遥感技术在测绘工程测量中的应用 张敏

[8]无人机遥感在农田信息监测中的应用进展 纪景纯，赵原，邹晓娟，宣可凡，王伟鹏，刘建立，李晓鹏）

作者简介：贺兆龙，男，1973年6月生，广东珠海人，本科，工程师，研究方向：技术哲学。

石家庄铁道大学 河北石家庄 050043