無人機攝影測量技術在水土保持學科的應用

張玉茜

摘 要：無人機遙感技術以其續(xù)航時間長、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、機動靈活等優(yōu)勢，能有效彌補傳統(tǒng)研究方法的諸多不足。在水土流失監(jiān)測、規(guī)劃保持、調查等領域，無人機航空攝影測量技術的運用能極大提高效率、降低成本和提高成果的豐富全面性，所以無人機航空攝影技術的運用必將能在此領域得到越來越多的認同。該研究介紹了攝影測量技術相關設備、原理及流程，通過對無人機航測技術在水土保持領域的應用介紹，顯現(xiàn)了新技術的優(yōu)勢及未來行業(yè)技術發(fā)展方向，具有重大的經濟和社會效益。

關鍵詞：水土保持 無人機 航空攝影測量 監(jiān)測

中圖分類號：P231 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

攝影測量學是測繪學的分支學科，它指的是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達的一門信息科學。攝影測量的發(fā)展可劃分為模擬攝影測量、解析攝影測量、數(shù)字攝影測量三個發(fā)展階段[1]。其主要任務是用于測繪各種比例尺的地形圖、建立數(shù)字地面模型，為各種地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)。攝影測量學要解決的兩大問題是幾何定位和影像解譯。幾何定位就是確定被攝物體的大小、形狀和空間位置。幾何定位的基本原理源于測量學的前方交會方法，它是根據(jù)兩個已知的攝影站點和兩條已知的攝影方向線，交會出構成這兩條攝影光線的待定地面點的三維坐標。影像解譯就是確定影像對應地物的性質。無人機航攝系統(tǒng)是傳統(tǒng)航空攝影測量手段的有力補充，無人機航空攝影測量技術相比于傳統(tǒng)測量技術來說，具有機動靈活、快速高效、精細準確、安全、作業(yè)成本低等特點，在小區(qū)域和飛行困難地區(qū)高分辨率影像快速獲取方面具有明顯優(yōu)勢。

在影像上進行量測和解譯在室內進行，無需接觸物體本身，因而很少受氣候、地理等條件的限制；所攝影像是客觀物體或目標的真實反映，信息豐富、形象直觀，人們可以從中獲得所研究物體的大量幾何信息和物理信息；可以拍攝動態(tài)物體的瞬間影像，完成常規(guī)方法難以實現(xiàn)的信息獲取及測量工作；適用于區(qū)域范圍內的水土保持的動態(tài)調查研究、態(tài)勢分析及常規(guī)測量等工作，提交成果更加豐富多樣，包含地形圖、矢量數(shù)字線劃圖、真實數(shù)字高程模型、數(shù)字正攝影像等，具有成圖快、效率高、產品形式多樣的特點。不同時期影像的疊加動態(tài)分析進一步為水土保持研究提供基礎資料和分析依據(jù)，起到預防水土流失、滑坡等地質災害地發(fā)生。

無人機航空攝影測量能快速夠獲取低空0.05-0.5m高分辨率影像，對后期數(shù)據(jù)處理提供了充分的保障，后期內業(yè)團隊專業(yè)的空間數(shù)據(jù)處理經驗和高質量專業(yè)拼圖軟件，在此基礎上真正實現(xiàn)了人機航測獲取1：500地形圖的成功范例，滿足了《低空數(shù)字航空攝影測量內業(yè)規(guī)范》CH/Z3003-2010 1：500、1：1000、1：2000大比例尺成圖精度要求，滿足傳統(tǒng)航測規(guī)范 GB 7930-1987和GB/T7930-2008 中1：1000和1：2000大比例尺成圖精度要求。新技術的運用，帶動了測量技術的向前跨越式發(fā)展，除測量行業(yè)外，在非常多的領域已經出現(xiàn)了無人機的身影，如水土監(jiān)測、自然災害救援、應急事件處理、國土資源調查等，其優(yōu)勢得到了充分體現(xiàn)。

我國具有范圍廣，地形地貌多變，地質情況復雜等特點，水土流失量大、面廣，成因復雜，危害嚴重，掌握不同類型區(qū)水土流失規(guī)律、提出相應防治措施體系的任務十分艱巨。傳統(tǒng)水土保持研究以野外試驗、手工計算為主。雖然通過大量徑流小區(qū)的建立和觀測發(fā)展了一些定量、半定量的水土保持模型，但模型運行所需數(shù)據(jù)獲取、模型計算、結果表達完全依賴手工進行。在計算機技術發(fā)展以后，雖然情況有所改觀，但仍然難以擺脫數(shù)據(jù)獲取和結果表達的限制，使得此階段的水土保持工作的開展和應用受到了很大的局限。無人機遙感技術以其續(xù)航時間長、影像實時傳輸、高危地區(qū)探測、成本低、機動靈活等優(yōu)勢，能有效彌補傳統(tǒng)研究方法的諸多不足。在水土流失監(jiān)測、規(guī)劃保持、調查等領域，無人機航空攝影測量技術的運用能極大提高效率、降低成本和提高成果的豐富全面性，所以無人機航空攝影技術的運用必將能在此領域得到越來越多的認同。下面研究者根據(jù)實踐經驗，將無人機在水土保持領域的運用方向進行簡要列舉。

1 水土保持規(guī)劃的基礎調查

利用無人機航空攝影技術，可快捷地掌握水資源的分布、地表河流的分布、地貌形態(tài)、水土流失現(xiàn)狀等。正確利用航測圖像的影像進行水土流失解釋，可增強水土保持工作的預見性、計劃性和目的性。合理選擇遙感圖像、航測圖像的種類和比例尺，可提高水土保持填圖的精度和效率。

2 水土保持方案編制

通過無人機航測影像能快速便捷地掌握項目建設區(qū)水土流失、地形、地貌和水系變化情況，通過數(shù)字攝影測量技術，即時查清建設項目占用土地面積，擾動地表面積，項目挖方、填方數(shù)量及面積，棄土、棄石、棄渣量及堆放面積等。準確快速完成生產建設項目區(qū)大比例尺正射影像地圖和地形圖。根據(jù)項目區(qū)水土流失面積、流失量、流失程度的綜合分析，預測其水土流失危害及趨勢。

3 水土流失災害調查

無人機航測技術與相關地質災害系統(tǒng)及GIS平臺結合可快速而準確地預警、預報致災事件，對災害發(fā)生的地點、范圍和強度的快速評估，達到實時提前預警和實時評估的要求。如對2014年的魯?shù)榈卣鹪斐傻纳襟w滑坡和堰塞湖情況調查，在地面交通阻斷，余震不斷的情況下，無人機在關鍵數(shù)據(jù)獲取上起到了極其重要的作用。

4 水土保持動態(tài)監(jiān)測

水土保持監(jiān)測是借助多種手段，采取綜合性的方式，從水土資源的保護、維護資源的可持續(xù)利用以及維持良好生態(tài)環(huán)境出發(fā)，對造成水土流失的成因，水土流失的數(shù)量、影響范圍、強度、造成的危害以及防治的成效等指標進行動態(tài)監(jiān)測和評估。水土保持監(jiān)測能及時、準確、全面的反映水土流失治理的成效，也為今后防治水土流失的提供依據(jù)[2]。

隨著無人機遙感技術的發(fā)展，航測影像的分辨率涵蓋了從0.05m—0.5米整個區(qū)間，小比例尺影像區(qū)域監(jiān)測還可與衛(wèi)星要感影像相結合，滿足了不同對象、不同區(qū)域的動態(tài)變化監(jiān)測需要。

5 水土保持項目驗收評估

對于一些大型工程，特別是輸電線路、公路鐵路、輸油輸氣管線等線性工程來說，其作業(yè)區(qū)域地形復雜、線路長，這些工程有時達數(shù)千公里，常常穿越無人區(qū)、山區(qū)，這些項目的現(xiàn)場評估檢測是一項非常艱巨的任務。使用無人機航測，不僅可以解決人跡罕至地區(qū)的水保設施核查問題，而且核查速度快，信息反饋及時，保證了重要水保設施的核查率。利用無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)經過對水土保持措施前后的地形、地貌、地物及植物情況圖像的對比模擬分析小區(qū)域土壤侵蝕、經濟效益的變化，檢驗水土保持措施的實施效果，即時輸出監(jiān)測成果，為流域綜合管理提供有效的決策支持依據(jù)。然后根據(jù)水土保持措施工程驗收辦法及標準建立數(shù)據(jù)庫，無人機可直接到達現(xiàn)場繪制驗收圖，計算驗收結果，提高驗收精度，避免人為因素干擾，減少漏查漏驗，減輕驗收工作強度，節(jié)省人力、物力。

6 結語

無人機航測技術作為新興技術在工程實踐中不斷被推廣運用，并得到不同領域用戶的高度認可，產生了巨大的經濟效益和社會效益；但此技術在水土保持領域的運用還處于初級階段，隨著生產建設項目的不斷增多，今后生產建設項目水土保持監(jiān)測的任務量越來越大，須探索研究新技術、新手段，提高監(jiān)測工作的效率和精度。通過研究認為無人機技術結合實地測驗完全可以用于生產建設項目水土保持監(jiān)測工作，并且野外工作量小，監(jiān)測精度高，極有可能成為今后監(jiān)測工作技術發(fā)展方向。

參考文獻

[1] 張偉，馮秀江.淺談攝影測量及其發(fā)展歷史[J].山東煤炭科技，2013（2）：147-148.

[2] 許峰.近年我國水土保持監(jiān)測的主要理論與技術問題[J].水土保持研究，2004，11（2）：19-21.