無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用探討

水土保持監(jiān)測工作采用無人機(jī)遙測技術(shù)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)工作中的缺陷和不足，針對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測要求，介紹無人機(jī)遙測技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用過程、方法、存在問題及發(fā)展趨勢。

無人機(jī)遙測技術(shù)；水土保持監(jiān)測；土壤侵蝕

無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用探討

□趙云云 霍惠玉

2017-11-20

趙云云，女，漢族，河北省水利技術(shù)試驗(yàn)推廣中心，助理工程師。

霍惠玉，男，漢族，河北省水利科學(xué)研究院，高級工程師。

無人機(jī)遙測技術(shù)是一種以無人機(jī)為飛行平臺，利用搭載的成像設(shè)備獲取遙感影像或視頻等信息的遙感與攝影測量系統(tǒng)，非常適合小范圍內(nèi)高分辨率遙感數(shù)據(jù)的即時獲取。隨著無人機(jī)遙測技術(shù)的成熟，其在水土保持領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。特別是在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測方面，無人機(jī)遙測技術(shù)可以全面、精確與實(shí)時的獲取土壤侵蝕因子、土壤侵蝕狀況以及水土流失防治現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)，為水土保持監(jiān)測工作的開展提供必要保障。

1.無人機(jī)遙測技術(shù)原理

首先，確定飛行規(guī)劃設(shè)計(jì)，通過實(shí)地勘測、遙感影像或google earth影像等數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目所處區(qū)域的地物、地形地貌以及土地利用情況進(jìn)行掌握，并根據(jù)工程施工特定進(jìn)行飛行規(guī)劃設(shè)計(jì)，飛行規(guī)劃設(shè)計(jì)可選擇大比例尺或高精度地形圖作為遙測設(shè)計(jì)用圖，遙測線路盡量避開高壓線與周邊地形復(fù)雜區(qū)域，保證飛行線路直線性，線路工程需對項(xiàng)目區(qū)分段測繪，航線應(yīng)按圖幅中心敷設(shè)；第二，布設(shè)控制點(diǎn)與確定解譯標(biāo)志，通過小中型無人機(jī)測繪獲取的特殊目標(biāo)影像沒有坐標(biāo)文件，需控制控制點(diǎn)滿足后期數(shù)據(jù)精度要求，一般可利用建設(shè)項(xiàng)目中的基準(zhǔn)點(diǎn)即可，無法滿足精度要求時可利用RTK進(jìn)行補(bǔ)充測量。除了控制點(diǎn)外，還需現(xiàn)場調(diào)查確定解譯標(biāo)志，需覆蓋項(xiàng)目區(qū)的全部地物類型，為后續(xù)影像分類提供依據(jù)；第三，數(shù)據(jù)篩選與成圖，無人機(jī)拍攝后，對遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，選擇拍攝清晰和信息豐富的影像，刪除重復(fù)影像，調(diào)整影像使顏色及亮度均勻，從而獲取原始影像與POS數(shù)據(jù)，將預(yù)處理的多幅無人機(jī)影像導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行幾何校正、拼接、融合后獲取全景影像，通過空中三角測量功能生成區(qū)域DEM、DOM正射影像，并最終生成三維地形圖。

對于水土保持監(jiān)測要求測量精度較低時，也可在低精度POS數(shù)據(jù)下，通過IPS軟件自動匹配點(diǎn)后采用自由網(wǎng)空三平差生產(chǎn)DTM數(shù)據(jù)后糾正單片數(shù)據(jù)最終生成DOM或DEM。

2.無人機(jī)遙測數(shù)據(jù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

施工準(zhǔn)備期之前，主要對監(jiān)測范圍內(nèi)的地形地貌、土壤、植被、土地利用類型、水土保持措施以及水土流失情況進(jìn)行調(diào)查，從而掌握生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土流失背景；施工區(qū)主要是對擾動面積、土方量、水土保持措施數(shù)量以及質(zhì)量、水土流失量進(jìn)行監(jiān)測，從而得到建設(shè)期水土流失動態(tài)；林草植被恢復(fù)期主要是對水土保持措施數(shù)量、質(zhì)量以及效益進(jìn)行監(jiān)測，包括：攔渣工程、護(hù)坡工程、土地整治工程、防洪排導(dǎo)工程、降雨蓄滲工程以及植被建設(shè)等措施數(shù)量與質(zhì)量。

2.2 遙測數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

首先在項(xiàng)目施工準(zhǔn)備期以前，對建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍進(jìn)行一次無人機(jī)遙感監(jiān)測，將遙感監(jiān)測DOM成果與含有地形圖的平面布置圖、土地利用現(xiàn)狀圖疊加，并根據(jù)水土保持方案確定的監(jiān)測分區(qū)劃定監(jiān)測邊界線，以此數(shù)據(jù)作為原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其次項(xiàng)目建設(shè)開工后，根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目施工節(jié)點(diǎn)與水土保持監(jiān)測頻率對防治責(zé)任范圍區(qū)域進(jìn)行無人機(jī)全面遙測，利用GIS軟件并通過解譯標(biāo)志對DOM遙測數(shù)據(jù)解譯，確定每個監(jiān)測時段水土保持監(jiān)測分區(qū)內(nèi)擾動面積、擾動土地類型、臨時堆土、棄渣面積、臨時措施位置與數(shù)量、工程措施位置與數(shù)量以及植物措施位置與數(shù)量，將以上內(nèi)容繪入原始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖內(nèi)，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫對不同時期不同分區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對與監(jiān)測。通過無人機(jī)遙測的數(shù)據(jù)建立DEM模型完成于開挖土方量、填筑土方量、借土方量以及棄渣量的監(jiān)測，DEM成果可計(jì)算出土方量，通過與前一時間監(jiān)測的方量對比，計(jì)算項(xiàng)目施工期間方量的變化量；對于水土流失量可以利用DEM數(shù)據(jù)獲取坡度分級信息，結(jié)合土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)，判別各劃分單元的土壤侵蝕強(qiáng)度，并根據(jù)地面觀測法估算建設(shè)項(xiàng)目水土流失量。最后工程建設(shè)施工完工后，對整個項(xiàng)目進(jìn)行一次無人機(jī)全面監(jiān)測，確定最終水土保持措施數(shù)量、位置以及防治效果。

3.無人機(jī)遙測應(yīng)用存在的問題與發(fā)展趨勢

水土保持監(jiān)測工作多位于山區(qū)，地形復(fù)雜，容易在起降過程造成無人機(jī)損壞；小、輕型無人機(jī)飛行高度較低且容易受到風(fēng)的因素影響，一般采用增加荷載提高抗風(fēng)能力但會縮短續(xù)航時間；無人機(jī)遙測完成后，需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速處理，以滿足水土保持監(jiān)測工作的高時效性。

將現(xiàn)代化高科技與傳統(tǒng)的常規(guī)監(jiān)測技術(shù)有機(jī)結(jié)合，積極開展RS、GPS、GIS以及無人機(jī)遙測技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用研究，利用無人機(jī)實(shí)時獲取數(shù)據(jù)，后期通過GIS軟件對采集的數(shù)據(jù)分析模擬處理，建立監(jiān)測、傳輸、處理、發(fā)布數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)和動態(tài)反映水土保持狀況的空間數(shù)據(jù)庫?！?/p>