无人机遥感技术在水土保持监测中的应用研究

叶力努尔·帕台

摘  要：水土保持监测是用来反映研究区内水土流失状况和水土流失综合治理情况的一种关键手段，对水土保持防治措施的科学实施和维持生态系 统的平衡均具有重要意义。传统的水土保持监测方法主要包括现场观测、资料分析等。无人机遥感技术是现代便捷而精准的一种新型手段。利用无人机 遥感技术可以准确判断水土流失的精确时间、位置和强度，对实现水土保持监测工作的信息化建设具有重要推动作用。

关键词：无人机;遥感技术;水土保持监测;应用

1 无人机水土保持监测流程

1.1  外业数据采集

根据现场勘察进行航高预定并使用Altizure软件进行航线规划，  利用四 翼无人机多视角采集地表数据，通过搭载GPS获取飞行过程中的实时位置 信息[1]。

1.2  内业数据处理

利用ContextCapture  Master软件进行空中三角测量，  并对测区边界 多余影像数据进行剔除，获取测区数字高程三维模型（ DEM） 。利用 ContextCapture Viewer软件的测量工具在三维模型中选取待测区域，完成 对施工占地总面积、扰动地表面积和临时堆土场面积的快速提取。

利用Riscan Pro软件精确提取堆土点云数据，导入Geomagic Spark软件 进行封装生成堆土网格模型，并计算临时堆土的测量体积。

2 传统监测技术存在的弊端

2.1  监测区域受限

通常采用人工调查的监测方式，对区域规模的要求较高，只适用于小区 域的监测且受到人为因素的影响较大，致使监测精度无法达到规范要求，  造 成动态监测结果不准确。若需在大区域范围内监测作业，会因人手不足影响 人员分配，或在高危地带的监测区内，无法依靠人力进行数据的采集。

2.2  数据采集技术滞后

数据采集主要有两方面制约因素：一方面研究经费不足，监测范围覆 盖不全面，无法满足生态文明建设和可持续发展的要求。另一方面主要 以人工操作为主，数据信息采集效率及准确率较低，部分动态化监测无 法有效记录。总体来说，监測技术有待提高，数据采集技术滞后，需要 变革更新。

2.3  自动化监测水平较低

在信息技术急速发展的背景下，传统监测设备正在慢慢向自动化监测 工具转变，但仍需要提高监测自动化水平。无人机遥感技术作为自动化发 展中的产物，已凭借其成本低、效率高等优势，发展为水土保持监测中的 重要技术手段。无人机遥感技术的主要功能是准确收集数据并进行数据信 息的处理，最后形成动态监测图像，该技术现已发展成国内外学者的热门 研究问题。现阶段无人机遥感技术虽然已从试验阶段过渡到使用阶段，但 技术并不十分成熟，还未能构成完整的监测系统。

3 无人机遥感技术的定义

无人机遥感技术是以无人机作为中间载体，结合无人机飞行技术、 GPS、计算机技术等一系列先进技术，快速准确地获取信息，完成数据处 理和应用分析的技术。随着无人机上可搭载的数据化探测设备及遥感传感 器的更新完善，该技术可以根据项目的不同需求获取相应的信息，其应用 领域逐渐扩大，目前已涉及土地利用监测、水利水电、突发事件调查等多 个领域。与早期的遥感监测技术相比，无人机遥感技术的影像分辨率更 高，主要是可以设置无人机飞行速度、高度及时间等参数，进而获取既满 足精度要求同时分辨率又较高的影像。此外，无人机遥感技术还可以结合 实际任务需求，设定飞行路线和飞行频次，进行实时实地的动态监测[2] 。   4 无人机遥感技术的主要特点

无人机遥感技术借助无人机收集地表数据信息，通过计算机处理为三 维图形，在整个系统优化层面具有显著的优点，该技术的主要特点为：① 拍摄精度高。无人机的飞行范围一般在50～1000m，采集地表数据信息时 的航拍精度为0.1～0.5m。②实用性强且设备费用低。无人机身形轻巧且 矫健，结构简单，飞行作业时灵活自如，对外在环境的适应性较强。一 般作业为低空飞行，受雨雪等天气的影响较小，同时，机身及拍摄设备费 用较低。③操作简单且安全。监测时不需要特定的外在条件，即可快速起 升，相对操作简单。同时，不易受到天气因素的干扰，可在严寒或酷暑条 件下作业，安全性也较高，在遇到突发状况时，如危险区域的调查、空中

救援指挥等，不会造成人员的伤亡。④拍摄便捷且分辨率高。无人机易于 控制飞行航线，可以根据需求多角度拍摄，针对一般监测区可采用竖直拍 摄收集数据信息，对于复杂结构可以采用斜向拍摄收集细部结构数据信 息，成像效果清晰。该技术充分发挥了其拍摄便捷的优势，解决了复杂结 构之间因相互覆盖而掩盖原始数据的问题，进而能够获得全面详细的影像 信息和完整的监测图件。

5 无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

5.1  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。

5.2  监测主要内容及成果应用分析

5.2.1  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。

5.2.2  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。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]。

5.2.3  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。

5.2.4  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，获得土壤流失数量、强度等数据[4]。

结束语

综上所述，采用无人机遥感技术可拍摄高清晰度遥感图像，且空中作 业模式克服了复杂地形因素的影响，从而能准确、高效地获取工程中地物 面积、堆土体积等水土保持监测的重要数据，为水土保持监测技术的发展 产生了巨大的促进作用。

参考文献

[1]石芬芬，田魏龙，万佳蕾.无人机遥感技术在江西省生产建设项目水土保持监管中的应用[J].亞热带水土保持，2019，31（04）：65-67.

[2]屈明明.无人机遥感技术在水土保持方案编制工作中的应用[J].长江技术经济.2019，3（S1）：51-53.

[3]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，（08）：91-95.

[4]李岚斌，金平伟，李乐，等.无人机遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用——以清远抽水蓄能电站为例[J].人民珠江，2019，40（01）：6-11.