無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

劉卓明

【摘要】對于水土保持監(jiān)測技術(shù)，傳統(tǒng)的監(jiān)測方法已經(jīng)在某種程度上與時代脫軌，基于現(xiàn)代水土監(jiān)測技術(shù)對時效性、針對性、系統(tǒng)性的要求逐步提高，文章介紹了該技術(shù)的使用流程及特點(diǎn)，該技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)精度低、安全性差、區(qū)域局限性等問題，促進(jìn)了水土保持監(jiān)測體系朝著高效率、低成本、自動化的方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】無人機(jī)；遙感技術(shù)；水土保持；監(jiān)測

引言

無人機(jī)遙感指的是將無人駕駛飛機(jī)與遙感技術(shù)結(jié)合，以無人機(jī)為載體，以無線電操控設(shè)備，利用傳感器進(jìn)行圖像信息的獲取，并借助計算機(jī)技術(shù)對圖像信息加工處理，最終制作成高精度的三維圖像。由于無人機(jī)能夠抵達(dá)人類無法前往的危險地域，彌補(bǔ)傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感的不足，不受時間、空間的限制且機(jī)動靈活、分辨率高，目前已成為自動化、智能化、快速獲取資源環(huán)境監(jiān)測信息的主要手段，因此在水土保持領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。

1、無人機(jī)遙感技術(shù)的特點(diǎn)

無人機(jī)遙感技術(shù)借助低速無人駕駛飛機(jī)，運(yùn)用先進(jìn)的航拍技術(shù)收集地表數(shù)據(jù)信息，經(jīng)計算機(jī)處理形成三維圖形。整體結(jié)構(gòu)集飛行器、遙感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)于一體，在系統(tǒng)優(yōu)化層面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)點(diǎn)，其顯著性特點(diǎn)為：（1）精度高

無人機(jī)在地表數(shù)據(jù)收集時，一般在50～1000m范圍內(nèi)飛行，此時的航拍精度為0.1～0.5m。（2）成本低廉，快捷高效。無人機(jī)只需提前規(guī)劃飛行路線，憑借自帶攝影和無線傳輸設(shè)備，輔以操作人員在外業(yè)控制點(diǎn)的操作控制，即可獲取高精度的航拍數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)。無人機(jī)還具備自檢功能，如出現(xiàn)故障，則自動返航至起點(diǎn)上空，等待操作人員排除故障。目前，1名操作人員攜帶1臺無人機(jī)在12h內(nèi)，便可精確獲取近300km線狀工程的航空影像，顯著提高了水土保持調(diào)查研究的效率。（3）靈活及安全性不需要特定的升降平臺，起升快，操作簡單；對氣候天氣要求較低，能夠在嚴(yán)寒、酷暑條件下作業(yè)，即使遇到突發(fā)狀況也不至于造成人員的傷亡。（4）拍攝角度廣泛及分辨率高無人機(jī)飛行自如，擁有豎向及斜向的拍攝能力，既能對監(jiān)測區(qū)進(jìn)行豎直拍攝收集平面原始數(shù)據(jù)，也能對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行斜向拍攝收集高精度的細(xì)部結(jié)構(gòu)影像數(shù)據(jù)，有效解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)相互覆蓋影響的問題。能夠全面詳細(xì)地整合全部影像信息，獲得較為完整的監(jiān)測圖。

2、無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1水土保持動態(tài)監(jiān)測

水土保持動態(tài)監(jiān)測是利用多種方式，對生產(chǎn)項目建設(shè)期間的水土流失數(shù)量、水土流失強(qiáng)度及水土流失分布進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，檢驗(yàn)項目建設(shè)區(qū)水土保持防治措施實(shí)施效果。無人機(jī)遙感技術(shù)，作為“空基”的代表手段，將成為“天地一體化”監(jiān)測系統(tǒng)中的中堅力量。無人機(jī)遙感借助其高空間分辨率、高精度、高效率的優(yōu)勢，對項目建設(shè)區(qū)和直接影響區(qū)進(jìn)行拍攝，獲取測定范圍內(nèi)的地形圖、DEM等數(shù)據(jù)。借助野外作業(yè)與對無人機(jī)遙感影像的處理，建立影像解譯標(biāo)志，進(jìn)而提取擾動面積、水土流失面積、水土保持設(shè)施等信息。目前無人機(jī)遙感在國內(nèi)水土保持領(lǐng)域的應(yīng)用主要是生產(chǎn)建設(shè)項目監(jiān)測。如在新建某鐵路水土保持監(jiān)測中成功應(yīng)用無人機(jī)低空遙感重點(diǎn)監(jiān)測了棄渣場，提取不同施工進(jìn)度中的擾動面積，水土保持工程量和棄渣量等數(shù)據(jù)。利用無人機(jī)獲取的多期影像數(shù)據(jù)，對比項目建設(shè)前后各項數(shù)據(jù)，從而掌握監(jiān)測重點(diǎn)區(qū)域取土石料、棄土棄渣的動態(tài)變化，以及臨時措施、工程措施和植物措施等的實(shí)施數(shù)量及防治效果，確定防治責(zé)任范圍、擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率等監(jiān)測指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持情況的動態(tài)監(jiān)測。

2.2水土保持措施與效益監(jiān)測

通過原始數(shù)據(jù)的分析，準(zhǔn)確計算工程區(qū)域內(nèi)為保持水土而栽種的植被面積，評價植被的覆蓋程度。聯(lián)系傳統(tǒng)監(jiān)測方法，運(yùn)用航拍數(shù)據(jù)，分析該工程水土流失治理率、植被覆蓋率、攔渣率等評價指標(biāo)。

2.3水土保持設(shè)施驗(yàn)收評估

水土保持設(shè)施驗(yàn)收評估指的是對點(diǎn)型建設(shè)項目、線型建設(shè)項目的重點(diǎn)評估范圍，可采取無人機(jī)遙感抽查防治措施的數(shù)量以及質(zhì)量、保存情況；確定防治責(zé)任范圍以及擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復(fù)率、林草覆蓋率等防治指標(biāo)。點(diǎn)型建設(shè)項目的重點(diǎn)評估范圍有火電廠的貯灰場、水利樞紐的取土場和棄土棄渣場、礦山的矸石山（場）等，對于穿越無人區(qū)、山區(qū)的線性建設(shè)項目，無人機(jī)能夠快速穿越無人區(qū)、山區(qū)核查水土保持設(shè)施實(shí)施情況，評估棄土（石、渣）場、取土（石料）場、臨時道路、穿跨越河（溝）道、中長隧道、管理站所等沿線關(guān)鍵控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)核查評估結(jié)果及時反饋。利用無人機(jī)遙感獲取水土保持措施實(shí)施后項目區(qū)影像，可以大大縮短驗(yàn)收時間，避免人為因素的干擾，提高驗(yàn)收評估的標(biāo)準(zhǔn)與可靠性。

2.4水土保持監(jiān)督執(zhí)法

生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)督工作涉及方面多、工作量大，因此采用高精度遙感影像調(diào)查與現(xiàn)場監(jiān)督檢查相結(jié)合的“天地一體化”監(jiān)管形式應(yīng)運(yùn)而生，全面對建設(shè)項目水土保持防治措施和擾動情況進(jìn)行監(jiān)督管理，確保擾動合法合規(guī)及水土保持防范措施合理達(dá)標(biāo)。無人機(jī)憑借全方位視角、覆蓋范圍廣、時效性強(qiáng)等優(yōu)勢，通過遙感控制迅速獲取項目建設(shè)范圍內(nèi)的影像資料，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持狀況全方位、實(shí)時、高精度的監(jiān)管。確定實(shí)地與影像的解譯標(biāo)志后，采用人機(jī)交互解譯法或面向?qū)ο蠓诸惙?，獲取防治責(zé)任范圍圖，進(jìn)行對比分析。借助無人機(jī)遙感，能夠及時對建設(shè)項目區(qū)各項水土保持防治措施指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)督管理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確執(zhí)法、及時執(zhí)法。

結(jié)語

隨著信息化的快速發(fā)展，水土保持監(jiān)測技術(shù)也不斷前進(jìn)，一方面要追求高效率，另一方面逐漸向低成本、高精度的方向靠攏。無人機(jī)遙感技術(shù)作為信息化時代中的新生一員，已成功運(yùn)用到水利工程領(lǐng)域，有效地拓寬了現(xiàn)有的監(jiān)測方法，提高了經(jīng)濟(jì)與社會效益。通過本文研究可知，無人機(jī)遙感技術(shù)在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)精度低、安全性差、區(qū)域局限性等問題，促進(jìn)了水土保持監(jiān)測體系朝著高效率、低成本、自動化的方向發(fā)展。

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