無人機低空遙測技術在水土保持監(jiān)測中的應用

任懷澤 張榆興

摘 要 隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國在無人機低空遙測技術方面取得了較大的進步，其在各領域中得到廣泛運用。將無人機低空遙測技術應用在水土保持監(jiān)測的工作中，能夠利用無人機超低空飛行的特點完成一定范圍的監(jiān)測工作，獲得起到良好的效果。針對無人機低空遙測技術進行研究和分析，闡述出無人機低空遙測技術在水土保持中的應用，希望能為我國水土流失的防治提供幫助。

關鍵詞 無人機;低空遙測技術;水土保持監(jiān)測

中圖分類號：S157 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.18.108

現(xiàn)如今，在我國的水土保持監(jiān)測中，遙感監(jiān)測逐漸受到重視，在水土保持監(jiān)測中應用無人機低空遙測技術能夠獲得較好的防治效果，可以有效解決以往監(jiān)測方法周期較長、局限性等缺陷，從而準確判斷水土流失的時間、范圍和強度，同時還能夠保證水土保持監(jiān)測的精確性和可靠性，是我國水土保持監(jiān)測的新型技術，能夠?qū)ξ覈帘３直O(jiān)測工作的發(fā)展起到一定的幫助作用。

1 我國水土保持現(xiàn)狀

從目前看來，我國出現(xiàn)了許多的水土流失情況，大多是因為我國的發(fā)展建設及高原地區(qū)的環(huán)境問題。在當前社會的發(fā)展下，我國開始大規(guī)模進行礦產(chǎn)挖掘、道路建設及能源采集，這些必要的采集和建設會加速水土資源的流失。通過實際調(diào)查不難發(fā)現(xiàn)，我國許多地區(qū)具有良好的自然環(huán)境，這些地區(qū)的水土流失情況較少，但個別設施的建設會導致自然環(huán)境受到嚴重破壞，進而出現(xiàn)了嚴重的水土流失情況。建設設施會破壞地區(qū)的植被環(huán)境，出現(xiàn)的水土流失情況更會加速地區(qū)植被的流失，產(chǎn)生惡性循環(huán)[1]。為減輕我國的水土流失情況，將無人機低空遙測技術應用到水土保持監(jiān)測的工作中，能夠充分保證水土保持監(jiān)測數(shù)據(jù)的空間及精度，同時大幅減少了水土調(diào)查的工作量，為我國的水土保持監(jiān)測提供了較大的幫助。在我國飛速發(fā)展的今天，我國的無人機技術已經(jīng)相對成熟，在使用無人機過程中也具備了豐富的經(jīng)驗，能夠有效推動我國水土保持監(jiān)測工作的良好發(fā)展。

2 傳統(tǒng)監(jiān)測技術中存在的問題

為緩解水土流失現(xiàn)狀，我國已經(jīng)開始將許多新型技術應用到水土保持監(jiān)測工作中，研究水土流失的范圍、流失情況和防范措施，全方位監(jiān)測水土保持區(qū)域，充分保證水土保持工作的質(zhì)量[2]。由于我國自然環(huán)境中存在許多的水土流失情況，再加上傳統(tǒng)的檢測技術因自身缺陷和種種問題并不能起到較好的效果，尤其表現(xiàn)在以下3點。

2.1 監(jiān)測范圍受到限制

傳統(tǒng)監(jiān)測技術主要將人力調(diào)查作為水土保持監(jiān)測的主要形式，這種形式對監(jiān)測范圍有一定的要求，只能在較小范圍內(nèi)進行監(jiān)測，而且還會因許多因素受到影響，進而導致水土保持監(jiān)測的精度不足，呈現(xiàn)出錯誤的監(jiān)測數(shù)據(jù)。如果要對較大范圍進行監(jiān)測工作，就會出現(xiàn)人力缺少或人力調(diào)配煩瑣的情況。除此之外，由于個別區(qū)域的危險性較高，人力無法完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。

2.2 數(shù)據(jù)采集技術相對落后

在水土保持工作中，數(shù)據(jù)采集非常重要，但個別因素的限制，嚴重影響了數(shù)據(jù)采集技術的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下2點。1）因缺少研究費用，數(shù)據(jù)采集技術無法提高監(jiān)測的范圍，是數(shù)據(jù)采集技術落后的關鍵因素。2）在傳統(tǒng)監(jiān)測技術中，基本通過人力操作采集數(shù)據(jù)信息，而且采集的數(shù)據(jù)信息并不具備較高的精確性，導致對監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的記錄也無法實施。由此可見，需要對傳統(tǒng)監(jiān)測技術具有較大的發(fā)展空間，應創(chuàng)新數(shù)據(jù)采集技術，從而提高數(shù)據(jù)信息采集的精確性和效率。

2.3 自動化監(jiān)測水平較低

目前，各種現(xiàn)代化技術正在迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的監(jiān)測設備已經(jīng)不適用于當今的水土保持工作，逐漸轉化為自動化的檢測設備，但因自動化監(jiān)測發(fā)展時間較短，自動化監(jiān)測水平存在一定的提升空間。在當前時代背景下，無人機遙感技術進入了人們的視野，其因工作效率高和成本低而成為我國水土保持監(jiān)測工作中的關鍵技術。無人機遙感技術能夠保證數(shù)據(jù)采集的精確性，然后處理采集的數(shù)據(jù)信息，并呈現(xiàn)出動態(tài)的監(jiān)測圖像，對于我國的水土保持監(jiān)測工作起到了關鍵性的作用。

3 無人機低空遙感監(jiān)測技術

無人機低空遙感監(jiān)測技術主要是將無人機作為載體，然后有效結合計算機技術和衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GPS），讓無人機在指定區(qū)域內(nèi)進行航拍監(jiān)測，以此獲得較低空間的影像信息，然后利用要管技術傳輸數(shù)據(jù)信息，最終通過處理軟件對數(shù)據(jù)信息進行處理和建模，完成數(shù)據(jù)信息的分析和對比。無人機低空遙感監(jiān)測技術可以快速獲取目標范圍內(nèi)的影像，而且能夠呈現(xiàn)出較高分辨率的影像，利用影像拼接技術能夠?qū)τ跋襁M行處理，進而獲得水土保持工作的實際工作情況和監(jiān)測工作需要使用的數(shù)據(jù)信息，能夠分析各個工作環(huán)節(jié)的無人機低空遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，然后計算出監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，進而生成監(jiān)測報告[3]。除此之外，利用CAD（計算機輔助設計）等建設軟件能夠制作出水土流失治理的責任圖、水土流失治理措施圖及土地擾動的面積圖，進一步提高水土保持監(jiān)測工作的效率，不斷完善我國水土保持監(jiān)測技術的方法。

4 無人機低空遙感監(jiān)測與傳統(tǒng)監(jiān)測方式的對比

在水土保持工作中，比較傳統(tǒng)監(jiān)測方式與無人機低空遙感監(jiān)測技術后能夠發(fā)現(xiàn)，兩者獲取數(shù)據(jù)信息的方式具有明顯差異，并且傳統(tǒng)監(jiān)測方式的弱項正是無人機低空遙感監(jiān)測技術的優(yōu)勢。例如，在使用傳統(tǒng)監(jiān)測方式監(jiān)測擾動范圍時，超出范圍很難通過現(xiàn)場調(diào)查和量測準確獲取，并且對于表土剝離、棄土堆放、水土流失狀況、水土保持措施及水土流失危害的監(jiān)測工作也只能通過現(xiàn)場調(diào)查、實地量測及查閱資料等方法實施。而使用無人機低空遙感監(jiān)測技術監(jiān)測擾動范圍時，能夠利用衛(wèi)星影像、無人機航攝快速獲取擾動范圍控制的數(shù)據(jù)信息;在監(jiān)測表土剝離時，可以使用無人機航攝確定表土剝離的范圍和面積，然后測量其和表土堆放體積;在監(jiān)測棄土堆放時，通過衛(wèi)星遙感能夠確定其位置、范圍和面積，然后利用無人機航攝確定其方量;在監(jiān)測水土流失狀況時，能夠利用衛(wèi)星遙感確定出水土流失的范圍和面積;在監(jiān)測水土保持措施時，衛(wèi)星遙感可以對主要措施的提取提供支持，無人機航攝可以準確獲取水土保持措施的數(shù)量;在監(jiān)測水土流失危害時，衛(wèi)星遙感能夠迅速掌握水土流失危害產(chǎn)生的具體位置、范圍和地區(qū)。由此可見，無人機低空遙感監(jiān)測技術相比于傳統(tǒng)監(jiān)測方式有著較為突出的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的監(jiān)測方式往往只能通過現(xiàn)場調(diào)查、實地量測和查閱資料等方法實施，而無人機低空遙感監(jiān)測技術則可以利用無人機航攝和衛(wèi)星遙感快速、準確地獲取水土保持的各項數(shù)據(jù)信息。除此之外，無人機具有結構簡單、使用成本低等特點，可以應用在一些危險性較高的地區(qū)進行地質(zhì)災害的調(diào)查、空中救援指揮及環(huán)境遙感監(jiān)測等工作，能夠為水土保持工程的規(guī)劃、建設等工作提供幫助，進一步提高水土保持工作的效率和質(zhì)量。

5 無人機低空遙感監(jiān)測技術在水土保持中的應用

5.1 水土保持規(guī)劃的基礎調(diào)查

水土保持規(guī)劃需要根據(jù)我國水土流失的實際情況進行，相關部門需要提供治理水土流失的文件資料，然后合理規(guī)劃，使水土流失的防范治理工作能夠呈現(xiàn)出良好的效果。但從實際情況來看，因種種因素的限制，無法合理規(guī)劃防范治理方法，并且不具備精確的基礎資料及錯誤的方法和布局，導致水土保持的實用性不足。以往的水土保持方式通常會利用大量的人力和物力資源，而且需要耗費較長的時間，無法避免人力對其形成的影響。而運用無人機低空遙感技術能夠充分了解水土資源的具體位置和流失情況，利用遙感技術還可以對河流分布、土地利用等情況進行迅速處理，預估出水土保持工作的效果。與此同時，采用三維激光技術和近景拍攝也可以獲取水土保持的數(shù)據(jù)信息，進而完善水土保持的規(guī)劃。

5.2 水土流失災害調(diào)查

水土流失所形成的災害情況包含了水土流失造成的經(jīng)濟或資源損失、設備設施毀壞及導致人員傷亡的洪水災害、山體滑坡等。采用無人機低空遙感監(jiān)測技術能夠預測水土流失情況，一旦預測出災害的即將到來，就會發(fā)出警報信號，確保人們不會受到生命威脅，對于水土流失所形成的災害情況能夠起到預估和監(jiān)測的作用。將地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）技術和遙感技術進行有效結合能夠解決水土流失災害的后期減災問題，準確預估出災害位置和嚴重程度，能夠幫助有關部門及時進行搶險工作。除此之外，利用遙感技術采集數(shù)據(jù)能夠充分保證數(shù)據(jù)信息的精確性，使其和影像分析能夠發(fā)揮出應有的效果。在較小區(qū)域內(nèi)使用無人機低空遙感監(jiān)測技術能夠充分體現(xiàn)出該技術效率高和低成本的特點，大幅降低水土保持工作的危險性，進而提高水土保持工作的質(zhì)量。

5.3 水土保持方案編制

應用無人機低空遙感監(jiān)測技術能夠快速獲得建設設施時水土流失的實際情況，將全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）技術和影像采集技術進行結合并在無人機載體上使用，能夠清晰了解建設的占地面積等數(shù)據(jù)信息，進而生成建設的影像圖和建設區(qū)域的土地特點，然后對建設范圍之內(nèi)的水土流失狀況進行分析，評估出水土流失所形成的災害情況。

5.4 水土保持動態(tài)監(jiān)測

無人機低空遙感監(jiān)測技術不斷發(fā)展下的今天，無人機載體上裝置的遙感傳感器已具有較高的影像分辨率，該技術相對成熟，能夠在各種環(huán)境進行完成多樣性的監(jiān)測工作。從實際情況中能夠發(fā)現(xiàn)，遙感影像的費用正在持續(xù)降低，運用遙感技術能夠充分保證建設設施的準確性，提高建設效率，能夠有效加快設施的建設速度[4]，同時對于開始建設的工程能夠給予一定的幫助，實時監(jiān)測建設時所產(chǎn)生的災害和治理情況，除此之外，數(shù)據(jù)信息庫的建設能夠?qū)λ帘３执胧┑男ЧM行全面的檢測。而利用DFM（維事實模型）技術能夠模擬出監(jiān)測區(qū)域的地面地形，然后對監(jiān)測影像進行改良和處理。通過對外業(yè)的調(diào)查處理能夠構建影像，并聯(lián)系實際的解編譯標識。根據(jù)對建設區(qū)域土地侵蝕狀況的了解能夠通過三類信息進行矢量圖層的向性疊加，然后計算不同劃分單元的土壤侵蝕程度，分析出土壤侵蝕部分的利用率，進而獲取建設工程監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，在比較后了解水土動態(tài)監(jiān)測的效果。

5.5 水土保持設施驗收評估

在一些地面地形相對復雜的地區(qū)進行工程建設時，通常會因地勢險峻等因素很難監(jiān)測水土保持。但運用無人機低空遙感監(jiān)測技術就能夠解決這些問題，完成對水保設施的核對和檢驗，充分保障水保設施的核查率。利用GPS技術和無人機低空遙感技術能夠改善森林及草原等地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，使該地區(qū)能夠重新出現(xiàn)植被存活的情況。除此之外，在水土保持設施驗收評估時，通常會將防護工程的穩(wěn)定性能作為關鍵依據(jù)。在編制水土保持的方案時必須評估水土保持設施，以此來降低工作數(shù)量并減少驗收時間。不僅如此，運用無人機低空遙感監(jiān)測技術還能夠監(jiān)測一定范圍內(nèi)水土保持的地面地形，然后對比并分析植被情況的圖像，了解土壤被侵蝕后的具體變化，對水土保持防范方法實行的效果進行檢驗，以便更好地進行建設區(qū)域內(nèi)的管理。運用水土保持防范工程的驗收方式建設出數(shù)據(jù)信息庫，利用無人機采集數(shù)據(jù)信息和繪制圖像的能力對建設區(qū)域數(shù)據(jù)信息的采集和區(qū)域圖像的繪制，以提高工作的精確性和質(zhì)量[5]。

6 結語

當前，以往的水土保持監(jiān)測技術過于滯后，無法在當今的水土保持監(jiān)測工作中使用。而無人機低空遙感監(jiān)測技術具有效率高、成本低的特點，能夠在無人駕駛的情況下采集地面地形的數(shù)據(jù)信息，從而獲取影像資料，實現(xiàn)自動化監(jiān)測并保證了監(jiān)測的精確性，有效解決了傳統(tǒng)監(jiān)測技術存在的問題，在我國水土保持監(jiān)測工作中發(fā)揮出了重要作用。將無人機低空遙感監(jiān)測技術運用在水土保持監(jiān)測工作中，能夠有效推動我國社會的發(fā)展和建設。

參考文獻：

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[3] 胡玉杰，屈創(chuàng).無人機遙感在水土保持領域的應用研究[J].中國水土保持，2019（4）：57-61.

[4] 王宇楠.無人機控制參數(shù)在水土保持監(jiān)測應用中的影響分析[D].北京：北京林業(yè)大學，2018.

[5] 劉宗濱.無人機遙感技術在水土保持中的應用探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019（10）：170-172.

（責任編輯：劉寧寧）