无人机遥感技术在水土保持工作中的运用分析

摘要：为保障国土资源的安全，无人机遥感技术被广泛应用于环境监测工作当中，并取得了令人满意的工程成效。基于此，明确无人机遥感技术，在水土保持工作中应用特点的基础上，以某弃土场水土保持工作为例，分析无人机遥感技术的应用方法。通过研究可以发现，无人机遥感技术在应用过程中，不仅可以实现对区域水土保持情况的实时监控，还能降低水土保持工作的危险性，提高工作效率与质量。希望研究工作的开展，能为相关行业提供借鉴。

关键词：无人机遥感技术水土保持模型构建水土流失

中图分类号：S157

AnalysisofApplicationofUAVRemoteSensingTechnologyinSoilandWaterConservationWork

SHANGWenxing

HuatingWaterBureau，Pingliang，GansuProvince，744100China

Abstract：Inordertoensurethesecurityoflandandresources，UnmannedAerialVehicle（UAV）RemoteSensingtechnologyiswidelyusedinenvironmentalmonitoringwork，andhasachievedsatisfactoryengineeringresults.Basedonthis，onthebasisofclarifyingtheapplicationcharacteristicsofUAVRemoteSensingtechnologyinsoilandwaterconservationwork，theapplicationmethodofUAVRemoteSensingtechnologyisanalyzedbytakinganexampleofsoilandwaterconservationworkinawastefield.Throughtheresearch，itcanbefoundthattheapplicationprocessofUAVRemote ;Sensingtechnologycannotonlyrealizethereal-timemonitoringoftheregionalsoilandwaterconservationsituation，butalsoreducetheriskofsoilandwaterconservationwork，andimprovetheworkefficiencyandquality.Itishopedthattheresearchworkcanprovidereferenceforrelatedindustries.

KeyWords：UAVRemoteSensingtechnology;Waterandsoilconservation;Modelbuilding;Soilerosion

从2023年12月12日水利部发布的数据中得知，目前，我国水土流失面积为265.34万km2，尽管该数据较2018年，减少了8.35万km2，但仍占国土面积的27.6%。现阶段，为实现水土资源的有效保护，工作人员可以将无人机遥感技术应用于水土保持工作中，在了解各地区水土流失情况的基础上，制定具有针对性的水土保持方案，是保障我国国土资源安全性的必要举措。因此，研究此项课题，具有十分重要的意义。

1无人机遥感技术的应用特点

无人机遥感技术是一种依托无线电遥控设备、机载计算机程序控制系统，操控不载人飞行器加载数码相机，在待测区域上空开展航拍工作，并利用计算机对航拍图像加以处理，得到符合人们使用需要的区域图像信息的一种技术方法。在实际的水土保持工作中，仅需1名工作人员即可借助无人机完成相应区域的信息收集工作，这在一定程度上降低了水土保持工作的整体工作难度。具体来说，在开展水土保持工作时工作人员可以结合待测区域的具体情况，提前规划无人机的飞行路线与高度，然后操控无人机开展连续航拍作业操作，这种信息采集方式在提高信息采集工作效率的同时，降低了人员实测过程中出现安全问题的可能性[1]。

2无人机遥感技术的应用实例

2.1工程概况

某引水工程线路总长度为482km，在距沿水河段2km处，为实现河中泥沙的有效沉淀，需要修建一座沉沙池。在沉沙池修建过程中，开挖土方达到了829.2万m3，废渣量为688.27万m³，为将废渣移出施工区域，工作人员设立了多个弃土场。本文主要以其中5个典型的弃土场为研究对象，借助无人机遥感技术，首先确定了弃土场的面积、弃土量，然后对该区域的植被、裸露地表等地物面积进行了测算，之后再结合该区域的地理信息测算了该地区的土壤流失量，为后续水土保持工作的开展提供了可靠的数据支持。

2.2获取无人机遥感影像

2.2.1布设控制点

无人机属于低空飞行器，通过搭载高精度数码相机的方式可使人获得高分辨率的遥感影像。在本研究中，无人机型号为大疆精灵4，搭载的镜头为FC330。在实际的弃土场影像拍摄过程中，工作人员先以光盘为标记，在弃土场复制了控制点与检查点，然后采用差分式GPS技术，采集地面控制点、检查点的经纬度与高程数据。

2.2.2航拍步骤

无人机遥感系统是一种操作极为简便灵活的系统，为保证航拍活动的安全性，第一，在正式开展航拍工作前，工作人员对无人机进行了检查，确保10块电池均充满电，无人机遥控器的电量能够满足本次航拍工作的需求。第二，工作人员对航拍设备的储存卡进行了检查，确保储存卡的容量能够满足本次航拍工作的需求。第三，确定航拍当日的风速，在保证当天风速小于10m/s的情况下，开展航拍操作。第四，选择合适的起飞地点，一般情况下，工作人员应保证无人机的起飞区域周边环境空旷，不存在高压线这类的设施。第五，在航拍操作过程中，应保证无人机的飞行高度超过周边建筑物的高度。第六，在航拍过程中若发现信号突然减弱，则需要重新调整天线方向，在无人机重新接收到信号后立即进行返航操作。第七，在手动操作无人机时，应尽量避免无人机处于遥控器的正上方。第八，为保证无人机检测数据的准确性，应在检测区域设立地面站监测员，主要负责遥控器信号传输情况、无人机飞行姿态、GPS信号等信息的观测工作。第九，若fsQ2gTBFr7HrHTxBcfhoD7jMlv2I+kS3vV+D0FB1bJk=无人机在降落阶段出现姿态不稳定的情况，则可采用Z字降高的方法，使无人机的姿态重新恢复稳定。第十，在无人机降落到可视范围内时，操作人员需及时调整自己的站立方向，确保自己的目光能够始终正对无人机。第十一，在地缘效应的影响下，无人机即将降落时可能会出现姿态不稳定的情况，此时需要对无人机的降落速度加以调控，降低无人机坠毁这类问题的出现概率[2]。

2.3数据处理

2.3.1构建数据处理模型

随着科学技术的不断发展，越来越多的数据分析模拟软件被应用于无人机遥感数据整合分析工作中，本文基于弃土场的实际情况，将PhotoScan与Pix4D软件应用于无人机遥感数据处理工作中，得到了弃土场的dom、dsm影像。然后综合应用软件GlobalMapper、LocaSpaceViewer、ContextCapture对影像信息进行提取，获得弃土场的具体面积与弃土量。为提高弃土量计算工作的准确性，工作人员以施工单位计量值为参照，通过分析六组无人机遥感数据处理模型，计算误差的方法得到了精度最高的模型。同时，在开展弃土场面积分析工作时，工作人员借助全站仪对计算结果精度进行了校验。由于本文的研究对象为弃土场，且在引水工程阶段，施工方、监理方、监测单位、建设单位均对弃土场的具体情况进行了分析，因此可以了解到本文测得的结果有着较高的精准度。通过测算可以得出本次航拍弃土场的dom影像精度为0.05m，dsm影像精度为0.2cm，满足无人机遥感技术在水土保持监测工作中的应用要求[3]。

2.3.2精度分析

对比5个弃土场的dsm影响，可以发现2#、5#两处弃土场的高程变化最小，场内高差仅有2m，PhotoScan与Pix4D软件分析得到的影像与实际情况也最为接近。1#、3#、5#弃土场的高程变化较大，PhotoScan与Pix4D软件分析得到的影像与实际情况间存在着较大的差别。这一情况的出现说明弃土场高程变化情况与dsm影像质量之间存在着直接的联系。在采用外业实测的方法对dom影像精度加以分析时，可以发现，PhotoScan软件处理得到的dom影像误差高于Pix4D软件处理得到的dom影像误差。参照《1∶5001∶10001∶2000地形图航空摄影测量数字化测图规范》中，在平地丘陵地区中，无人机航空测定的第5点位置误差应小于0.6m的要求。可以发现，PhotoScan与Pix4D软件分析得到的dom影像符合规范要求，因此两种软件分析技术都适用于本次分析工作。

在开展弃土场面积计算工作时，可以发现应用Pix4D软件分析得到的模型误差较小，且误差分布较为集中、分析结果相对稳定。应用PhotoScan软件分析得到的模型误差较大，误差分布相对离散，计算结果并不稳定。同时，对PhotoScan与Pix4D软件产生的误差加以分析，可以发现两款软件的误差值分别为1.82%与5.15%，且两组数据的差异显著性均存在关系P﹤0.05，因此可以认定在两款软件均符合本次测定活动需求的基础上，Pix4D软件应用效果优于PhotoScan软件。此外，在分析GlobalMapper、LocaSpaceViewer、ContextCapture软件误差时，发现3款软件的误差均值分别为3.37%、4.05%、3.03%，且3款软件的差异均不存在显著关系，P﹥0.05，因此无法判定上述3款软件在计算面积时对精度有着显著的影响。因此，在计算面积时，可使用Pix4D软件构建的模型取代PhotoScan软件构建的模型[4]。

2.3.3测算不同地类的面积

在实际的水土保持监测工作中，无人机遥感数据处理模型仅能分析得到弃土场的总面积，无法完成不同地物面积的测算工作。当前，水土保持工作在推进过程中往往需要获取地面的植被面积、裸露地表面积、防尘网覆盖面积等数据。对此，工作人员需要对无人机遥感技术获得的影像进行分类处理，进而得到不同的地域面积。本人选择的无人机影像处理方式为，借助eCognition软件，分析无人机获取的dom影像，这种分类方式在提高分类精度的同时，降低了分类工作消耗的人力资源。在实际的影像处理工作中，eCognition软件可以在明确光谱纹理等信息的基础上，利用模糊算法，先将dom影像分解成若干个对象，然后开展对象的分类处理工作[5]。

同时，为了解分类工作的可靠性，工作人员可以利用混淆矩阵，计算遥感影像分类的Kappa系数，最终得到分类工作的精度。具体来说，在分类工作结束后，工作人员可以先在影像点中选取一定数量的样本，再利用混淆矩阵的行表示这些点被划分到哪些种类地中，用混淆矩阵的列表示这些点具体属于哪种地类。然后分析最终得到的Kappa系数，这一系数越接近1，则说明样品点的分类精度越高。在本次模型计算工作中，弃土场面积误差在1.23%～5.57%之间，弃土场弃土量误差范围在2.97%～10.28%之间。

2.3.4测算水土流失量

当前，测算水土流失的方法是，在天然降雨或模拟人工降雨的情况下，采用径流小区法、测钎法、侵蚀沟监测法等方法，对监测区域的土壤侵蚀情况加以分析。本文的主要研究对象为5个弃土场在4—9月间的土壤流失情况，结合弃土场的具体状况，采用的水土流失测算方法为径流小区法、测钎法，以《测算导则》中的规定为基础，开展水土流失量的计算工作，并将测算结果与模拟结果进行了比较。在实际测量过程中，工作人员在弃土场的每个坡长超过5m且没有覆盖防尘网的坡面均布设了径流小区；在坡长较短且没有布设径流小区的区域布设了测钎小区。在计算各小区水土流失情况时，径流小区的规格为4m×1m，且小区下部设置了边长为1m的正三角形集水区，因此，在应用径流小区法测水土流失情况时，每个径流小区的总面积为5m2。在划分径流小区时，每个小区的围埂材料是宽度为30cm的PVC板，为避免小区在收集径流信息时出现滑动现象，PVC板的埋深为10cm，且埋板过程中需要沿着小区边界开挖土槽，再将PVC板沿着土槽放置于土层中，之后将挖出来的土填回土槽并压实。需要注意的是在布设小区时，应尽量操作活动对小区内部情况造成干扰，以便达到提高结果准确性的要求。在每次降雨结束后，取出集水桶，并用明矾加速桶中泥沙的沉降速度，在沉降工作结束后，倒出上层清水，将下层泥土晾干后称重，即可得到该小区的土壤流失量。

3结语

总而言之，水土资源是人们赖以生存的基础性资源，水土流失问题的存在，不仅会对农业生产水质安全造成威胁，还会增大洪涝灾害的出现概率、阻碍我国生态体系的可持续发展。为实现水土资源的有效保护。工作人员可以将无人机遥感技术应用于当前的水土保持工作中，确保工作人员准确掌握区域内的基本情况，进而为水土保护、修复等工作方案的制定提供可靠的参照。

参考文献

[1] 段兴博，苗正红，邱中军.无人机遥感技术在水土保持监测中的应用[J].模具制造，2024，24（2）：142-144.

[2] 何东礼.基于无人机遥感技术的水土保持生态建设监测实践研究[J].数字通信世界，2023（8）：25-27.

[3] 王武修，吴双阳，刘莹.无人机遥感技术在水土保持监测中的应用[J].黑龙江水利科技，2023，51（5）：116-118，171.

[4]李新旺.基于无人机遥感技术的冀西北典型小流域综合治理效果分析[J].中国水土保持，2023（3）：5-7.

[5]杨力华.无人机在小流域水土流失综合治理中的应用[J].中国水土保持，2023（7）：66-68.