水土保持中無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用研究

譚艷

（云南淩屹工程設(shè)計有限公司，云南 昆明 650233）

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得諸多行業(yè)都加強(qiáng)了對先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。水土保持監(jiān)測是水土流失預(yù)防和治理的基礎(chǔ)，是生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)的重要工作，是國家生態(tài)文明建設(shè)決策和考核的依據(jù)。

一、概述

無人機(jī)遙感技術(shù)是在我國遙感技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展的過程中逐步形成的，同時其也包含了多項技術(shù)，如計算機(jī)技術(shù)、GPS 定位技術(shù)和無人機(jī)飛行技術(shù)等。這一技術(shù)的實物載體就是無人機(jī)，在結(jié)合了多項技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上以智能化和自動化的方式快速獲取到水土保持工程中所需要的各類信息，如自然災(zāi)害信息、自然環(huán)境信息和資源信息等，之后借助先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)來處理和分析獲取到的各類數(shù)據(jù)信息，并將處理和分析的結(jié)果整合成圖像或模型，以方便人為的使用和進(jìn)一步研究。由于無人機(jī)遙感技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、任務(wù)執(zhí)行多樣和操作簡單等顯著優(yōu)點，因此，這項技術(shù)在我國的地質(zhì)勘察、水土保持和水利建筑等多個領(lǐng)域中都得到了普遍應(yīng)用。

二、無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用

（一）監(jiān)測主要內(nèi)容及成果應(yīng)用分析

1.地質(zhì)狀況的動態(tài)監(jiān)測。（1）監(jiān)測內(nèi)容:其中包括土地利用類型、土地擾動面積與地質(zhì)演變情況等。（2）應(yīng)用:依據(jù)DOM 成果和項目區(qū)平面布置圖,勾畫各片區(qū)的邊界線。基于AcrGIS 技術(shù),計算各片區(qū)的土地擾動面積,同時注明各區(qū)的土地利用類型。還可以利用時間差比對監(jiān)測結(jié)果,了解土地的演變情況。2.水土保持工程的監(jiān)測。（1）監(jiān)測內(nèi)容:主要包括取土場、堆放場以及棄土場的落實情況等。（2）應(yīng)用:依據(jù)DOM 成果確定研究區(qū)內(nèi)的取土場、堆放場以及棄土場,標(biāo)識其具體位置,計算其具體數(shù)量。同時,還可以計算項目施工期間堆放場內(nèi)棄渣量的變化,并從影像和三維模型中觀察水土防治措施的落實情況。3.水土保護(hù)措施的監(jiān)測。（1）監(jiān)測內(nèi)容:主要包括物理工程措施、生物措施和其他臨時防治措施。（2）應(yīng)用:依據(jù)DOM 成果獲取研究區(qū)的水土保護(hù)措施情況。物理工程措施的成果可應(yīng)用于確定土地整治面積、工程及植物護(hù)坡位置和面積等;生物措施的成果可應(yīng)用于確定綠化面積和植被覆蓋度等;其他臨時防治措施的成果可應(yīng)用于確定臨時攔擋位置及長度等。4.土壤流失情況的監(jiān)測。（1）監(jiān)測內(nèi)容:主要包括土壤流失面積、流失量及流失危害等。（2）應(yīng)用:利用無人機(jī)遙感技術(shù)獲取土壤流失面積,結(jié)合地面觀測所獲得的土壤侵蝕模數(shù),計算各片區(qū)的土壤流失量,還可以只依靠無人機(jī)遙感技術(shù),根據(jù)植被覆蓋度、土地利用類型等數(shù)據(jù),代入方程及分類標(biāo)準(zhǔn),獲得土壤流失量、強(qiáng)度等數(shù)據(jù)。5.水土流失防治效果監(jiān)測。（1）監(jiān)測內(nèi)容:主要包括土壤流失控制比、林草植被恢復(fù)率及覆蓋率等指標(biāo)。（2）應(yīng)用:獲得數(shù)據(jù)信息后代入各指標(biāo)的計算公式即可,同時需檢驗其是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

（二）矢量化遙測數(shù)據(jù)的生成

通過矢量化處理無人機(jī)設(shè)備采集的遙測信息生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)，運用計算機(jī)完成三維點云數(shù)據(jù)、航拍影像拼接、地表模型和正射影像合成等運算處理。依據(jù)水利工程建設(shè)驗收區(qū)間和可視化資料，提取正射影像及其所對應(yīng)的范圍；以水利工程建設(shè)的擾動范圍為依據(jù)，通過航拍生成包括地形、坡度、坡向等信息的數(shù)字地表模型，在此基礎(chǔ)上提取所需的數(shù)據(jù)，如堆土方量、堆土高度、棄土場占地面積等重點數(shù)據(jù)；三維點云處理區(qū)域內(nèi)的航拍數(shù)據(jù)生成三維點云數(shù)據(jù)，以此為基準(zhǔn)生成工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)的三維信息，從而反映建設(shè)項目的水土保持臨時措施、植物措施、工程措施、水土流失總之力度、擾動土地證之旅、防治責(zé)任范圍等實施情況。

（三）無人機(jī)遙感技術(shù)在監(jiān)督執(zhí)法中的應(yīng)用

通常情況下，在具體的工作中借助于無人機(jī)遙感技術(shù)能夠十分迅速地收集所需要的水土保持項目的工程數(shù)據(jù)信息，負(fù)責(zé)監(jiān)管工作的相關(guān)人員能夠以此作為數(shù)據(jù)支持，也能夠保證工程項目的有序開展。另外，無人機(jī)遙感技術(shù)還能夠拍攝出影像資料，工作人員能夠?qū)嵉氐倪M(jìn)行標(biāo)志和確定影像資料，并在具體的實踐工作中應(yīng)用對象分類法，更加細(xì)化水土保持工程的責(zé)任范圍，制定出整個工程水土保持防治工作的總體目標(biāo)，大大的提升應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)管工作的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

（四）水土保持生態(tài)建設(shè)基本監(jiān)測信息提取

首先，對于土地利用類型信息的提取，可通過人工識別航片和勾畫范圍的方法完成，或利用計算機(jī)中的相應(yīng)軟件對其進(jìn)行分類。第一種提取方法，主要針對具有特定類型的地物，例如建設(shè)施工區(qū)域的土場、截排水溝以及植被等，通過人力對其進(jìn)行判斷，直接繪制矢量圖即可；第二種方法，主要針對監(jiān)測區(qū)域較大，利用人力會消耗大量時間的情況，先在前期建設(shè)的地面解釋標(biāo)識中，利用面向?qū)ο蟮姆椒?，通過多尺度分割成像技術(shù)，計算出被監(jiān)測對象的形狀信息及紋理信息，然后通過特征參數(shù)的固定組合，建立規(guī)則集，完成對土地利用類型信息的分類。其次，對于監(jiān)測對象位置信息的提取，可在GIS 系統(tǒng)中，利用數(shù)字高程模型和文檔對象模型成果，直接獲取被監(jiān)測對象的特定位置信息，主要包括經(jīng)緯度、坐標(biāo)和高程信息。第三，對于監(jiān)測對象長度和面積信息獲取，可借鑒土地利用類型信息獲取方法，通過人工勾畫或計算機(jī)自動分類獲取，并在GIS 系統(tǒng)中，對被監(jiān)測對象的長度進(jìn)行測量，進(jìn)一步計算出相應(yīng)的面積信息。

結(jié)語：無人機(jī)因其經(jīng)濟(jì)、便攜、高效等特點，在很多行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。在水土保持外業(yè)調(diào)查、監(jiān)測和監(jiān)管工作中也已得到了一定的推廣應(yīng)用，但在定量分析應(yīng)用上還有很大潛力。