淺析無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

杜迪

(貴州省水土保持監(jiān)測站,貴州貴陽 550002)

淺析無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

杜迪

(貴州省水土保持監(jiān)測站,貴州貴陽 550002)

文章針對水土保持監(jiān)測技術(shù)要求與無人機(jī)遙感技術(shù)特點(diǎn),淺論如何利用無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中應(yīng)用。彌補(bǔ)傳統(tǒng)水保監(jiān)測手段的不足之處,有效提高了監(jiān)測的效率、精度及自動化程度,實(shí)現(xiàn)區(qū)域動態(tài)監(jiān)測。

無人機(jī)遙感技術(shù) 水土保持監(jiān)測

無人機(jī)遙感(Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing),是通過無線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器。無人機(jī)作為空中遙感平臺的微型遙感技術(shù),其特點(diǎn)是:以無人機(jī)為空中平臺,遙感傳感器獲取信息,用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理,并按照一定精度要求制作成圖像。無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用成本低,不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù),更適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù),如危險(xiǎn)區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、空中救援指揮和環(huán)境遙感監(jiān)測。正由于無人機(jī)低空遙感技術(shù)的這些特點(diǎn),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)的不足,為水土保持監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展帶來了新的契機(jī)。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)的概況及應(yīng)用特點(diǎn)

無人機(jī)遙感(Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing),是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)將無人機(jī)作為空中遙感平臺的微型遙感技術(shù),其特點(diǎn)是:以無人機(jī)為空中平臺,遙感傳感器獲取信息,用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理,并按照一定精度要求制作成圖像。無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用成本低,不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)由于具有機(jī)動、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感技術(shù)的不足。

無人機(jī)遙感技術(shù)指空中遙感平臺的微型遙感技術(shù),此技術(shù)以無人機(jī)為空中平臺,通過遙感傳感器獲取信息,用計(jì)算機(jī)對圖像信息進(jìn)行處理,并按照一定精度要求制作成圖像。無人駕駛飛機(jī)為航空遙感提供了操作方便,易于轉(zhuǎn)場的遙感平臺。可根據(jù)不同的需要選擇不同類型的平臺。起飛降落受場地限制較小,在操場、公路或其它較開闊的地面均可起降,其穩(wěn)定性、安全性好,轉(zhuǎn)場等非常容易。無人機(jī)系統(tǒng)由于飛行高度低,獲取的遙感影像擁有較高的圖像分辨率。高分辨率航片影像的出現(xiàn)使得在較小空間尺度上觀察地表的細(xì)節(jié)變化、進(jìn)行大比例尺遙感制圖以及監(jiān)測人為活動對環(huán)境的影響成為現(xiàn)實(shí)。同時(shí)高分辨率航片影像還解決了衛(wèi)星數(shù)據(jù)的拍攝盲區(qū)、編程時(shí)間長、以及在南方地區(qū)由于受天氣影響,云量大,無法獲取數(shù)據(jù)等諸多困難。不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù),更適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù),目前,無人機(jī)遙感技術(shù)涉及土地利用監(jiān)測、水利、電力、突發(fā)事件調(diào)查等多領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 水土保持監(jiān)測問題

我國是世界上水土流失最為嚴(yán)重的國家之一,由于特殊的自然地理和社會經(jīng)濟(jì)條件,使水土流失成為我國主要的環(huán)境問題。水土保持監(jiān)測工作存在著很多問題,阻礙監(jiān)測工作的順利進(jìn)行。對管轄區(qū)域的調(diào)查方式目前已經(jīng)普遍被運(yùn)用,但是這種方法只能針對小范圍的地區(qū)進(jìn)行,監(jiān)測的精確度不夠,容易受到人為等因素的影響,不能準(zhǔn)確的進(jìn)行監(jiān)測工作。在面對大范圍的監(jiān)測目標(biāo)的時(shí)候,人力資源無法進(jìn)行合理分配,產(chǎn)生人力不足的現(xiàn)象,或者有一些區(qū)域是人無法踏足的區(qū)域,造成監(jiān)測困難,無法獲得相關(guān)區(qū)域的數(shù)據(jù)信息。而衛(wèi)星遙感技術(shù)很容易受到衛(wèi)星軌道的影響,很難得到及時(shí)的補(bǔ)救,再加上經(jīng)常性的自然因素影響衛(wèi)星的作業(yè),由于云層的遮擋,造成很多漏洞,嚴(yán)重影響監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 水土流失情況調(diào)查

根據(jù)《水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(SL277-2002)要求,對區(qū)域水土流失情況調(diào)查,無人機(jī)遙感可以發(fā)揮重要作用,其宏觀、快速、動態(tài)和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),成為土壤侵蝕調(diào)查的重要信息源。土壤侵蝕過程極其復(fù)雜,受多種自然和人為因素的綜合影響。不同的土壤侵蝕類型影響因子也不同,對于水蝕來說,參考通用土壤侵蝕方程各因子指標(biāo),并考慮遙感技術(shù)與常規(guī)方法相結(jié)合。無人機(jī)可以在低空、低速的情況下對研究區(qū)進(jìn)行拍攝,精確計(jì)算及繪制出各區(qū)的界限。通過設(shè)置的標(biāo)識,可以提取到各區(qū)域及植物覆蓋范圍和土地的利用情況,再進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)分析,得到坡度信息之后,再綜合土壤的侵蝕分類標(biāo)準(zhǔn)、土壤侵蝕方程,得到研究范圍內(nèi)的水土流失狀況、強(qiáng)度及分布情況。這對于利用GIS系統(tǒng)建立研究范圍內(nèi)水土流失本底數(shù)據(jù)庫,確定土壤侵蝕類型、強(qiáng)度、程度以及地形、植被、管理措施等土壤侵蝕因子的屬性提供了數(shù)據(jù)源。幫助了解區(qū)域水土流失發(fā)展趨勢、發(fā)生特點(diǎn)和現(xiàn)狀等,以便做好區(qū)域水土保持工作規(guī)劃,加快水土流失治理。無人機(jī)在水土保持監(jiān)測領(lǐng)域以較低的成本快速清查較大范圍的水土流失狀況、主要土壤侵蝕影響因子,為利用GIS分析研究范圍內(nèi)的水土流失奠定了基礎(chǔ)。

3.2 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失調(diào)查

根據(jù)監(jiān)測地點(diǎn)的確定,無人機(jī)遙感技術(shù)的成果可以充分得到應(yīng)用。通過拍攝得到的映像信息,再結(jié)合項(xiàng)目區(qū)域的相關(guān)布置圖,精確計(jì)算及繪制出各個(gè)邊區(qū)的界限。通過設(shè)置的標(biāo)識,可以提取到各個(gè)項(xiàng)目區(qū)域及劃分單元的植物覆蓋范圍和土地的利用情況,再進(jìn)行DEM數(shù)據(jù)分析,得到坡度信息之后再綜合土壤的侵蝕分類標(biāo)準(zhǔn),按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對土壤的侵蝕度進(jìn)行科學(xué)的劃分。對于水土保持措施的監(jiān)測,相關(guān)工作人員可以同樣根據(jù)圖像進(jìn)行分析,計(jì)算出項(xiàng)目區(qū)域的工程和植物覆蓋的面積,并設(shè)立地面的解釋標(biāo)識,對植被的覆蓋率進(jìn)行分析。對于水土保持效益的監(jiān)測主要是結(jié)合以前的傳統(tǒng)監(jiān)測手段,分析已經(jīng)做出的監(jiān)測結(jié)果。

最后是利用DEM的成果來更新相關(guān)項(xiàng)目區(qū)域的大比例尺地形圖。使用DEM技術(shù)和影像的成果,再使用相關(guān)的軟件來完成對項(xiàng)目區(qū)域的三維模型的建立,通過虛擬的漫游技術(shù)和客觀真實(shí)的現(xiàn)象來展現(xiàn)出相關(guān)項(xiàng)目的實(shí)際狀況或者是該項(xiàng)目所在的整個(gè)區(qū)域范圍的實(shí)際狀況,不僅能夠加強(qiáng)觀察者的真實(shí)感還能十分真實(shí)的反應(yīng)該項(xiàng)目的水土現(xiàn)狀以及水土流失和治理的現(xiàn)象,有利于相關(guān)部門直面水土現(xiàn)狀,更好的治理水土問題,解除相關(guān)隱患。

4 結(jié)語

無人機(jī)因其機(jī)動靈活的起降方式、低空循跡的自主飛行方式、快速響應(yīng)的多數(shù)據(jù)獲取能力,其可以搭載高分辨率數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行快速測圖亦可搭載視頻采集設(shè)備,分辨率高、實(shí)效性好、應(yīng)急性強(qiáng)等優(yōu)勢。綜合無人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用效果, 該技術(shù)將在我國水土保持監(jiān)測領(lǐng)域中有著相當(dāng)大的應(yīng)用前景。作者認(rèn)為無人機(jī)技術(shù)結(jié)合實(shí)地測驗(yàn)完全可以用于水土保持監(jiān)測工作,并且野外工作量小,監(jiān)測精度高,可作為今后監(jiān)測工作的發(fā)展方向。

[1]水利部水土保持司,水利部水土保持監(jiān)測中心.SL277-2002水土保持監(jiān)測技術(shù)規(guī)程[M].北京:中國水利水電出版社,2002.