無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在防治土地沙漠化中的應(yīng)用

朱奕霖

摘要：過(guò)去的水土保護(hù)監(jiān)測(cè)很大程度受限于當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)遺漏的問(wèn)題。而無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用可以很大程度上解決這一問(wèn)題。傳統(tǒng)的水土保持驗(yàn)收的時(shí)候，往往存在人手不夠，驗(yàn)收緩慢等一系列問(wèn)題。通過(guò)將無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)應(yīng)用于水土保持驗(yàn)收工作中，生成的矢量化遙測(cè)數(shù)據(jù)可以精確直觀快速準(zhǔn)確的對(duì)水土保持成果進(jìn)行驗(yàn)收。近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)高分遙感衛(wèi)星的成熟，可以在無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)的過(guò)程于高分遙感衛(wèi)星進(jìn)行密切配合，建立水土保持的綜合信息庫(kù)，對(duì)重點(diǎn)工程和生產(chǎn)建設(shè)中的項(xiàng)目進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)。無(wú)人機(jī)除了能對(duì)水土保持進(jìn)行驗(yàn)收之外，還可以對(duì)對(duì)水土流失量、土方量等重要參數(shù)進(jìn)行收 集，并對(duì)水土保持情況和效果進(jìn)行觀察。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)、防治土地沙漠化、監(jiān)測(cè)

1.傳統(tǒng)的防止土地沙漠化進(jìn)程技術(shù)的不足

1.1監(jiān)測(cè)區(qū)域有限

我國(guó)幅員遼闊，東西部發(fā)展差異巨大，使得防治土地沙漠化的難易程度存在很大差異。而傳統(tǒng)的防治土地沙漠化的方法主要是靠人力進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)，受外界因素影響較大，精確度也不高，不能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)土地沙漠化進(jìn)程，監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)不具備連續(xù)性和系統(tǒng)性。土地沙漠化往往發(fā)生在西部地區(qū)，以甘肅、陜西、山西、內(nèi)蒙古尤為嚴(yán)重。這些地區(qū)共有的特點(diǎn)是地廣人稀，很難通過(guò)人力監(jiān)測(cè)做到監(jiān)測(cè)區(qū)域全覆蓋，甚至有些高海拔地區(qū)或者是無(wú)人區(qū)都不能夠通過(guò)人力進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。

1.2數(shù)據(jù)采集方法有待提高

由于很多地方在之前很長(zhǎng)一段時(shí)間注重發(fā)展本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)，故沒(méi)有太在意防治土地沙漠化這一方面，導(dǎo)致很多地區(qū)在防止土地沙漠化這一方面經(jīng)費(fèi)緊張，直接導(dǎo)致在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中出現(xiàn)監(jiān)測(cè)不全面、不系統(tǒng)的問(wèn)題，不能夠?yàn)榉乐瓮恋厣衬峁┽槍?duì)性有效的數(shù)據(jù)。另外在傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，主要是靠人力，故在采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中效率低，精度低，不能夠很好的監(jiān)測(cè)土地沙漠化進(jìn)程以及為精準(zhǔn)防治土地沙漠化提供數(shù)據(jù)支持。

1.3監(jiān)測(cè)自動(dòng)化程度有待提高

傳統(tǒng)的防治土地沙漠化的工作主要是人工，并沒(méi)有將信息技術(shù)引入到監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)中來(lái)。人工采集數(shù)據(jù)時(shí)間周期長(zhǎng)，效率低下;在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中也存在同樣的問(wèn)題，因此不能夠?qū)ν恋厣衬M(jìn)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)，不利于幫助人們及時(shí)了解到土地沙漠化的程度。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)從十幾年前的剛剛面試，逐漸發(fā)展到今天應(yīng)用到防治土地沙漠化進(jìn)程當(dāng)中，雖然很大程度上提高了數(shù)據(jù)采集的效率，但是在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中還存在著一定的不足，在監(jiān)測(cè)體系完整性上面，還有待提高。但是，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上改善了傳統(tǒng)防治土地沙漠化進(jìn)程中自動(dòng)化程度較低的情況。

2.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

2.1無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的基本概念

無(wú)人機(jī)遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ）， 即利用先進(jìn)的無(wú)人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、智能化、專用化快速獲取需要防治土地沙漠化空間的遙感信息，且完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)由于具有機(jī)動(dòng)、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)的主要航空遙感技術(shù)之一，在防治土地沙漠化的許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

2.2無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的特點(diǎn)（主要是無(wú)人機(jī)、遙感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理）

UAVRS主要采用了集成化技術(shù)，體積小，便于攜帶，更方便在野外進(jìn)行作業(yè)。另外UAVRS所搭載的相機(jī)像素分辨率率非常的高，達(dá)到了5000萬(wàn)像素，能夠滿足對(duì)于精度上面的要求。此外，UAVRS還借助了RS技術(shù)，在作業(yè)時(shí)不會(huì)受到地形因素的制約，能夠全方位，不留死角的對(duì)所監(jiān)測(cè)的區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)精準(zhǔn)反饋。

無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)：其主要特點(diǎn)包括：機(jī)體重量輕，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，使用和采購(gòu)成本低，維護(hù)方便及硬件方面兼容性高。該測(cè)繪用無(wú)人機(jī)采用航空級(jí)木料制作，與其他材料相比減輕了飛機(jī)的自身重量，提升載荷能力與續(xù)航時(shí)間。木質(zhì)測(cè)繪用無(wú)人機(jī)的可維護(hù)性好，飛機(jī)的各部分構(gòu)件均為獨(dú)立加工，使用高強(qiáng)度的碳纖維復(fù)合材料作為受力連接，如果機(jī)體某一部分受損，可進(jìn)行局部更換，便于維護(hù)。減少了企業(yè)對(duì)飛機(jī)整機(jī)采購(gòu)的成本。

遙感技術(shù)的特點(diǎn)：遙感傳感器是根據(jù)不同類型的遙感任務(wù)，使用相應(yīng)的機(jī)載遙感設(shè)備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、多光譜成像儀、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測(cè)儀、合成孔徑雷達(dá)等。使用的遙感傳感器應(yīng)具備數(shù)字化、體積小、重量輕、精度高、存儲(chǔ)量大、性能優(yōu)異等特點(diǎn)。

遙感數(shù)據(jù)后期處理

無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)多使用小型數(shù)字相機(jī)（或掃描儀）作為機(jī)載遙感設(shè)備，與傳統(tǒng)的航片相比，存在像幅較小、影像數(shù)量多等問(wèn)題，針對(duì)其遙感影像的特點(diǎn)以及相機(jī)定標(biāo)參數(shù)、拍攝（或掃描）時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)和有關(guān)幾何模型對(duì)圖像進(jìn)行幾何和輻射校正，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的軟件進(jìn)行交互式的處理。同時(shí)還有影像自動(dòng)識(shí)別和快速拼接軟件，實(shí)現(xiàn)影像質(zhì)量、飛行質(zhì)量的快速檢查和數(shù)據(jù)的快速處理，以滿足整套系統(tǒng)實(shí)時(shí)、快速的技術(shù)要求。進(jìn)一步的建摸、分析使用相應(yīng)的遙感圖像處理軟件。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的不足

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)并不是十全十美的。在相應(yīng)的遙感技術(shù)應(yīng)用上，多數(shù)為高空作業(yè)。而對(duì)于在高原上進(jìn)行作業(yè)或者需要低空作業(yè)的時(shí)候則收到大氣環(huán)境、云層。氣流等多重環(huán)境因素影響，其所測(cè)數(shù)據(jù)的精度就會(huì)大大降低。

3.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在防治土地沙漠化過(guò)程中的應(yīng)用

3.1制定方案

制定防治土地沙漠化的方案需要考慮多方面的因素。要根據(jù)防治土地沙漠化面積的大小來(lái)進(jìn)行精準(zhǔn)施策。對(duì)于沙化土地面積較大或者是沙漠來(lái)說(shuō)，應(yīng)該重點(diǎn)監(jiān)測(cè)沙化土地或者沙漠的外圍，此時(shí)盡量不要去關(guān)注沙化土地的面積。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠在短時(shí)間內(nèi)快速熟悉沙化土地或沙漠外圍的地形地貌，了解土地沙化的實(shí)際情況。而對(duì)于那些沙化土地面積較小，甚至剛剛開(kāi)始土地沙化的區(qū)域，則要對(duì)正片區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，要關(guān)注實(shí)時(shí)關(guān)注土地沙化面積的變化，及時(shí)調(diào)整治理方案。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠根據(jù)制定的飛行區(qū)域，傳輸回來(lái)清晰地衛(wèi)星遙感影像圖，從而預(yù)測(cè)土地沙漠化未來(lái)的發(fā)展走勢(shì)。利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，可以幫助檢測(cè)人員科學(xué)合理的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，精準(zhǔn)的提出治理方案，減少了人力物力的浪費(fèi)，做到最大程度的省時(shí)、高效。

3.2動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

防治土地沙漠化過(guò)程中的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的主要功能之一。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)就是對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的土地沙化程度、土地沙化速度、沙化土地及其周圍的植被覆蓋情況等各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有精度高、效率高的特征，能夠及時(shí)得到監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息和相應(yīng)的地形圖?，F(xiàn)階段無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)主要用于外業(yè)的監(jiān)測(cè)上，通過(guò)事先為無(wú)人機(jī)制定好的航線，確定出土地沙化的具體范圍，然后對(duì)沙化土地區(qū)域進(jìn)行信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) ，獲得所需地區(qū)的相關(guān)土地沙漠化的數(shù)據(jù)，再通過(guò)人工后臺(tái)對(duì)無(wú)人及反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)加以分析，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲得土地沙漠化的進(jìn)程、沙化土地周圍變化、沙化土地面積變化、沙化土地的厚度等。

3.3防治土地沙漠化的成果檢核驗(yàn)收

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)ν恋厣衬瘎?dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合相關(guān)的二維、三維的圖形，大致劃定土地沙漠化的面積，再根據(jù)DEM的數(shù)據(jù)分析，得出植被覆蓋程度，按照相關(guān)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，確定土地沙漠化得程度。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)還可以用于對(duì)防治土地沙漠化的結(jié)果的檢核和驗(yàn)收。在治理一塊沙化的土地之前和治理之后，都要用無(wú)人機(jī)對(duì)所治理的土地進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。根據(jù)測(cè)量的原始數(shù)據(jù)和的測(cè)量治理后的數(shù)據(jù)，對(duì)防止土地沙漠化得成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立起完整的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)防治土地沙漠化的成果進(jìn)行檢核和驗(yàn)收。對(duì)于人煙稀少或者地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)防治土地沙漠化的相關(guān)情況進(jìn)行驗(yàn)收。

3.4監(jiān)督執(zhí)法

監(jiān)督執(zhí)法在防治土地沙漠化過(guò)程中是必不可少的一環(huán)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，可幫助監(jiān)督執(zhí)法的工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理土地沙漠化過(guò)程中的問(wèn)題，對(duì)于防治土地沙漠化所做的一些措施進(jìn)行監(jiān)督檢查，比如通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以通過(guò)高精度的遙感影像查看到植樹(shù)造林和退耕還林的情況，確保防治土地沙漠化符合國(guó)家相關(guān)的法律法規(guī)和從政策要求。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)能夠準(zhǔn)時(shí)、高效地獲得防治土地沙漠化的相關(guān)資料，使得管理人員能夠全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的反饋防止土地沙漠化過(guò)程中所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。

4.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的數(shù)據(jù)處理與建模（本文不做詳細(xì)介紹）

4.1成像光譜數(shù)據(jù)處理與建模

成像光譜技術(shù)中使用可見(jiàn)光成像和多光譜數(shù)據(jù)通常選取特征波段或計(jì)算植被指數(shù)，將主成分提取后的光譜特征信息與作物的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)建立反演模型。

4.2空間構(gòu)型數(shù)據(jù)處理與建模

空間構(gòu)型數(shù)據(jù)中，smf方法基于可見(jiàn)光攝影測(cè)量，結(jié)算后的數(shù)據(jù)是帶有色彩信息的三維空間坐標(biāo)，基于激光直接測(cè)量的LiDAR技術(shù)獲取的僅有空間位置信息。（LiDAR數(shù)據(jù)處理的首要工作是去除由和平滑由于系統(tǒng)誤差、目標(biāo)表面過(guò)亮或偶然因素導(dǎo)致的噪聲點(diǎn)。隨后修復(fù)點(diǎn)云漏洞及確實(shí)部分，在完整的點(diǎn)云基礎(chǔ)上完成精細(xì)建模）

5.結(jié)束語(yǔ)

伴隨著科技的發(fā)展，信息技術(shù)已經(jīng)深深融入到了人們的生活之中了。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在防治土地沙漠化進(jìn)程中所發(fā)揮的作用也是越來(lái)越大，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)就有傳統(tǒng)技術(shù)不具備的諸多優(yōu)點(diǎn)，其省時(shí)、高效、便捷;能夠全面、系統(tǒng)、連續(xù)的對(duì)土地沙漠化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。但是，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)自身也存在著一些不足，比如無(wú)人機(jī)續(xù)航里程問(wèn)題在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)都是困擾防治土地沙漠化的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。這就需要我們?cè)诂F(xiàn)階段合理的安排人力和無(wú)人機(jī)，讓二者有機(jī)的結(jié)合在一起，各自發(fā)揮所長(zhǎng)，不斷提高防治土地沙漠化的技術(shù)水平。

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作者簡(jiǎn)介：賀兆龍，男，1973年6月生，廣東珠海人，本科，工程師，研究方向：技術(shù)哲學(xué)。

石家莊鐵道大學(xué) 河北石家莊 050043