無人機低空遙測技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

任懷澤，張榆興

［黃河水土保持綏德治理監(jiān)督局（綏德水土保持科學試驗站），陜西榆林 719000］

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(yīng)用無人機低空遙測技術(shù)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(shù)，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(shè)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(shè)及能源采集，這些必要的采集和建設(shè)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(shè)施的建設(shè)會導(dǎo)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(shè)設(shè)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(shù)應(yīng)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(shù)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(shù)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(shù)應(yīng)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(shù)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(shù)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(dǎo)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(shù)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(shù)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(shù)無法提高監(jiān)測的范圍，是數(shù)據(jù)采集技術(shù)落后的關(guān)鍵因素。2）在傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)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(dǎo)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(shù)具有較大的發(fā)展空間，應(yīng)創(chuàng)新數(shù)據(jù)采集技術(shù)，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(shù)正在迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)備已經(jīng)不適用于當今的水土保持工作，逐漸轉(zhuǎn)化為自動化的檢測設(shè)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)。無人機遙感技術(shù)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(guān)鍵性的作用。

3 無人機低空遙感監(jiān)測技術(shù)

無人機低空遙感監(jiān)測技術(shù)主要是將無人機作為載體，然后有效結(jié)合計算機技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)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(shù)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(shù)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(shù)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(shè)計）等建設(shè)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)簡單、使用成本低等特點，可以應(yīng)用在一些危險性較高的地區(qū)進行地質(zhì)災(zāi)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(shè)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(shù)在水土保持中的應(yīng)用

5.1 水土保持規(guī)劃的基礎(chǔ)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(guān)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(chǔ)資料及錯誤的方法和布局，導(dǎo)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(shù)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(shù)還可以對河流分布、土地利用等情況進行迅速處理，預(yù)估出水土保持工作的效果。與此同時，采用三維激光技術(shù)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(zāi)害調(diào)查

水土流失所形成的災(zāi)害情況包含了水土流失造成的經(jīng)濟或資源損失、設(shè)備設(shè)施毀壞及導(dǎo)致人員傷亡的洪水災(zāi)害、山體滑坡等。采用無人機低空遙感監(jiān)測技術(shù)能夠預(yù)測水土流失情況，一旦預(yù)測出災(zāi)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(zāi)害情況能夠起到預(yù)估和監(jiān)測的作用。將地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）技術(shù)和遙感技術(shù)進行有效結(jié)合能夠解決水土流失災(zāi)害的后期減災(zāi)問題，準確預(yù)估出災(zāi)害位置和嚴重程度，能夠幫助有關(guān)部門及時進行搶險工作。除此之外，利用遙感技術(shù)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(yīng)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(shù)能夠充分體現(xiàn)出該技術(shù)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(yīng)用無人機低空遙感監(jiān)測技術(shù)能夠快速獲得建設(shè)設(shè)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(shù)和影像采集技術(shù)進行結(jié)合并在無人機載體上使用，能夠清晰了解建設(shè)的占地面積等數(shù)據(jù)信息，進而生成建設(shè)的影像圖和建設(shè)區(qū)域的土地特點，然后對建設(shè)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(zāi)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(shù)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(shù)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(shù)能夠充分保證建設(shè)設(shè)施的準確性，提高建設(shè)效率，能夠有效加快設(shè)施的建設(shè)速度［4］，同時對于開始建設(shè)的工程能夠給予一定的幫助，實時監(jiān)測建設(shè)時所產(chǎn)生的災(zāi)害和治理情況，除此之外，數(shù)據(jù)信息庫的建設(shè)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(shù)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(gòu)建影像，并聯(lián)系實際的解編譯標識。根據(jù)對建設(shè)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(shè)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(shè)施驗收評估

在一些地面地形相對復(fù)雜的地區(qū)進行工程建設(shè)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(shù)就能夠解決這些問題，完成對水保設(shè)施的核對和檢驗，充分保障水保設(shè)施的核查率。利用GPS 技術(shù)和無人機低空遙感技術(shù)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(shè)施驗收評估時，通常會將防護工程的穩(wěn)定性能作為關(guān)鍵依據(jù)。在編制水土保持的方案時必須評估水土保持設(shè)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(shù)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(shè)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(shè)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(shè)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(jié)語

當前，以往的水土保持監(jiān)測技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shè)。