无人机遥感监测在水土保持监测中的应用

无人机遥感监测在水土保持监测中的应用

发表时间：2019-01-03T15:58:13.443Z 来源：《基层建设》2018年第33期作者：于萌

[导读] 摘要：众所周知，水土保持工作并不是一朝一夕就可以完成的，而是一项复杂、艰巨的工作。

新疆维吾尔自治区水土保持生态环境监测总站新疆乌鲁木齐 830000

摘要：众所周知，水土保持工作并不是一朝一夕就可以完成的，而是一项复杂、艰巨的工作。长期以来我国由于缺乏对于水土流失严重性的认识，加之滥砍滥伐严重从而导致水土流失较为严重，尤其是在北方地区水土流失所导致的生态灾难逐渐显现。做好对于环境水土保持状况的持续监控从而针对水土流失的现状采取针对性的措施是水土保持工作的重点也是难点。通过借助无人机遥感监测技术滞空时间长、监控面积大等的特点能够实现对于大区域面积内水土流失状况的总体把控，无人机遥感监测技术相较于传统的水土保持监控技术耗时时间短、成本低且监测效果好，适合于大范围区域水土保持监测。

关键词：无人机遥感监测；水土保持监测；应用

引言

我国水土流失量大面广、成因复杂、危害严重，掌握不同类型区水土流失规律、提出相应防治措施体系的任务十分艰巨。传统水土保持研究以野外试验、手工计算为主。虽然通过大量径流小区的建立和观测发展了一些定量、半定量的水土保持模型，但模型运行所需数据获取、模型计算、结果表达完全依赖手工进行。在计算机技术发展以后，虽然情况有所改观，但仍然难以摆脱数据获取和结果表达的限制，使得此阶段的水土保持工作的开展和应用受到了很大的局限。无人机遥感监测技术以其续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优点，能有效弥补传统研究方法的诸多不足，在水土保持领域的应用前景将十分广阔。

1.无人机遥感监测技术特点

1.1空间分辨率高，数据精度高

由于无人机属于低空飞行，搭载的高精度数码成像设备具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的能力，遥感影像分辨率可达到分米级或厘米级，能够在较小空间尺度上观察到水土保持防治措施的实施效果。通过计算机数据处理软件对点云数据分类处理，辅以遥感影像数据，可自动化获得测定范围内的地形图、数字高程模型(DEM)数据、数字正射影像(DOM)数据以及三维场景影像等，大大提高了水土保持数据的精度。

1.2成本低廉，快捷高效

无人机只需提前规划飞行路线，凭借自带摄影和无线传输设备，辅以操作人员在外业控制点的操作控制，即可获取高精度的航拍数据和点云数据。无人机还具备自检功能，如出现故障，则自动返航至起点上空，等待操作人员排除故障。目前，1名操作人员携带1台无人机在12h内，便可精确获取近300km线状工程的航空影像，显著提高了水土保持调查研究的效率。

1.3操作简单，机动灵活

无人机在15～30min内即可完成组装、调试和起飞，对起降场地要求低。无人机携带的雷达设备，可穿透森林植被获取地表信息，并抵达有人驾驶飞机无法达到的空域、高度或危险地区，实时传输图像数据，从而满足水土保持数据的实时性和全面性要求。

2.无人机遥感监测在水土保持监测中的应用

2.1水土流失灾害调查

当前无人机技术获得长足的发展，不论是无人机的滞空时间还是定位和操控性都有着良好的发展，通过使用无人机遥感监测技术能够实现大范围高精度的水土保持监测。在对于区域水土流失状况进行调查的过程中无人机遥感监测技术所具有的高精度图像数据能够对土壤侵蚀过程详实的展现出来。土壤侵蚀的过程极为复杂，受多种自然和人为因素的影响，且不同的土壤侵蚀类型影响因子也不尽相同，对于水土保持监测来说，应当积极将土壤侵蚀常规监测方式与遥感监测技术相结合实现对于水土保持大范围、高精度的监测。借助于无人机这一优秀的平台可以在低空、低速的情况下对研究区域进行拍摄，并借助于计算机来精确计算与绘制出各区的界限。无人机遥感监测技术在水土保持监测中的应用所获得的各种高精度监测数据能够对所监测区域内的各种植物覆盖范围以及土地的利用情况进行详细的绘制与分析。在对遥感监测数据的处理上通过DEM数据分析结合坡度信息与综合土壤侵蚀分类标准、侵蚀方程等用以得到无人机遥感监测范围内的水土流失状况、强度以及分布情况。依据无人机遥感监测技术在水土保持监测中所获得的数据能够补充和完善基于GIS系统所建立起的区域范围水土流失本底数据库，为绘制与计算区域内水土侵蚀类型、侵蚀强度以及区域内地形、植被分布、水土流失管理等土壤侵蚀因子的属性提供了良好的数据支撑。依托无人机遥感监测技术在水土保持监测中所获得的细致、详实而全面的数据能够为区域水土流失治理、水土保持规划等的决策提供详实的数据支撑。

2.2水土保持动态监测

无人机遥感监测技术能够以较低的成本进行长时间、大范围区域水土流失状况的监测，同时详细的数据也有助于计算绘制土壤侵蚀影响因子，为GIS分析研究范围内的水土流失奠定了良好的基础。此外，借助于无人机遥感监测技术所获得的水土流失数据也能够得到良好的信息共享和应用。通过无人机遥感监测技术所获得的拍摄影像再结合项目区域内的相关布置图能够精确地计算与绘制出各个边区的界限，通过所设置的标识能够在无人机遥感监测技术所获得的水土流失区域信息中对监测区域内的植物覆盖范围以及监测区域内的土地利用情况进行详细的划分。在完成了对于监测区域内的数据采集后通过DEM分析技术与坡度信息来对土壤进行侵蚀进行科学的分类划分。在水土保持方面相关工作人员可以同样的根据图像进行分析计算出项目区域的工程和植被覆盖的面积，并在分析数据上加设解释标识实现对监测区域植被覆盖率的详细分析。在对无人机遥感监测技术水土保持监测数据的分析上还能够借助于DEM的成果来对相关区域的大比例尺地形图进行更新，通过建模分析用虚拟漫游技术和客观真实的现象来展现出相关项目的实际状况或是监测区域内植被的实际覆盖状况，从而为水土保持策略规划的制定提供良好的数据参考。

2.3水土保持设施验收评估

开发建设项目中的线性工程特别是输电线路、公路铁路、输油输气管线，地形复杂、线路长。这些线性工程通常有几百千米甚至上千千米，常常穿越无人区、山区，这些项目的现场评估监测是一项非常艰巨的任务。使用无人机遥感，不仅可以解决人迹罕至地区的水保设施核查问题，而且核查速度快，信息反馈及时，保证了重要水保设施的核查率。通过定位观测点及无人机遥感相结合，可准确掌握林草措施成活率、保存率，生产情况及覆盖度。防护工程的稳定性，完好程度和运行情况。对于编制水土保持方案报告书的开发建设项目水土保