淺談低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

【摘要】隨著無人機(jī)遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文從國(guó)內(nèi)外低空無人機(jī)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，圍繞低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中存在的問題、低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中的發(fā)展方向等問題進(jìn)行闡述和探討，以期為利用低空無人機(jī)進(jìn)行水土保持監(jiān)測(cè)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】低空無人機(jī)；水土保持監(jiān)測(cè)

1、國(guó)內(nèi)外低空無人機(jī)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

無人機(jī)是利用無線電遙控設(shè)備和自備程序控制裝置操縱的不載人飛機(jī)。由飛機(jī)機(jī)體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、電源系統(tǒng)5部分組成。目前無人機(jī)按照平臺(tái)構(gòu)型來分類主要分為固定旋翼無人機(jī)、直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)3大類。固定翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、載荷大，但是需要長(zhǎng)距離跑道，不適合復(fù)雜地形，主要用于水利地質(zhì)勘測(cè)、水政巡查等方面。直升機(jī)續(xù)航時(shí)間中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)成本高，不適用復(fù)雜地形，主要用于應(yīng)急搶險(xiǎn)救災(zāi)、水利地質(zhì)勘測(cè)等方面。多旋翼無人機(jī)續(xù)航時(shí)間較短，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需機(jī)場(chǎng)起降，成本較低，適合在復(fù)雜地形進(jìn)行航拍，可以輕易獲取相對(duì)清晰的影像，因而應(yīng)用最為廣泛。無人機(jī)研究從19世紀(jì)開始，在全球各大領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。19世紀(jì)中葉，美國(guó)農(nóng)業(yè)部建立了以遙感等技術(shù)為基礎(chǔ)的農(nóng)情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過程，幫助農(nóng)民制定計(jì)劃與安排田間管理，監(jiān)測(cè)全球作物長(zhǎng)勢(shì)、預(yù)測(cè)產(chǎn)量，為國(guó)際農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)提供服務(wù)。1953年，日本政府鼓勵(lì)發(fā)展無人直升機(jī)協(xié)助農(nóng)業(yè)作業(yè)，利用RMax無人機(jī)對(duì)稻田進(jìn)行農(nóng)藥噴灑，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。1912年，加拿大開始將飛機(jī)作為噴灑農(nóng)藥的輔助工具。

我國(guó)無人機(jī)發(fā)展較晚，但經(jīng)過40多年的發(fā)展，在各行各業(yè)推廣應(yīng)用日趨廣泛。王志良等在新建重慶至萬州鐵路水土保持監(jiān)測(cè)中采用了低空無人機(jī)技術(shù)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)段進(jìn)行低空無人機(jī)監(jiān)測(cè)，并對(duì)該技術(shù)應(yīng)用于線性生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)進(jìn)行了探索，取得了良好的監(jiān)測(cè)結(jié)果。泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站利用天巡AS1200型低空無人機(jī)對(duì)國(guó)電泰安熱電廠實(shí)施了水土保持監(jiān)測(cè)，通過無人機(jī)搭載自動(dòng)駕駛儀、GPS接收機(jī)、高分辨率專用數(shù)碼相機(jī)等專業(yè)設(shè)備結(jié)合地面控制系統(tǒng)，對(duì)國(guó)電泰安項(xiàng)目及周邊約30平方公里的面積進(jìn)行了低空航測(cè)，獲取了分辨率為20厘米的清晰影像，對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)地表擾動(dòng)情況、棄土堆放情況、水土保持工程、林草、臨時(shí)措施實(shí)施情況等進(jìn)行全方位拍攝。江蘇省水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站使用無人機(jī)航拍技術(shù)開展泰州引江河第二期工程水土保持監(jiān)測(cè)，通過此次航拍技術(shù)應(yīng)用，成功掌握了泰州引江河第二期工程建設(shè)期間擾動(dòng)地表范圍、棄土區(qū)的分布、棄土（石、渣）量及水土保持措施現(xiàn)狀等監(jiān)測(cè)要素，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)了各要素量質(zhì)的變化情況。

2、低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中存在的問題

低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)用廣泛，取得了不錯(cuò)的成績(jī)，但仍存在部分問題，制約著該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用：

（1）抗干擾能力弱

低空無人機(jī)由于載重量較小，懼怕惡劣天氣，遇到大風(fēng)、大雪、大雨、沙塵暴等氣象條件無法正常完成任務(wù)，此外，低空無人機(jī)受地形影響較大，遇高山或峽谷無線電信號(hào)受到干擾，指令無法傳到，容易造成墜機(jī)，同時(shí)飛機(jī)易受復(fù)雜地形的不穩(wěn)定氣流影響，增加操控難度。

（2）續(xù)航時(shí)間短

目前，市場(chǎng)上的低空無人機(jī)多采用鋰電池為主要?jiǎng)恿Γm(xù)航能力一般在20分鐘～30分鐘，除去起飛、降落時(shí)間以及預(yù)留的安全電量，實(shí)際飛行時(shí)間只有十幾分鐘，若遇占地面積較大點(diǎn)狀工程或長(zhǎng)度較長(zhǎng)的線性項(xiàng)目，需根據(jù)實(shí)際情況多次飛行，增加了工作量。

（3）控制距離短

目前，低空無人機(jī)主要靠無線電信號(hào)控制，其安全飛行距離一般在2km左右，最大不會(huì)超過5km，且無線電信號(hào)容易受大山或建筑物阻擋，無法隔山或建筑物飛行，給實(shí)際水土保持監(jiān)測(cè)工作帶來諸多不便。

3、低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用方向

隨著低空無人機(jī)遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，低空無人機(jī)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用將更加廣泛。傳統(tǒng)的水土保持監(jiān)測(cè)以地面觀測(cè)和調(diào)查巡查為主，需要對(duì)整個(gè)項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行實(shí)地踏勘，對(duì)大面積或大型工程監(jiān)測(cè)時(shí)，外業(yè)工作量大，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)監(jiān)測(cè)設(shè)備及人員很難到達(dá)，獲取數(shù)據(jù)十分困難。目前土壤侵蝕量和植被蓋度的監(jiān)測(cè)還是采用地面觀測(cè)，采用低空無人機(jī)監(jiān)測(cè)國(guó)內(nèi)外還只是處于探索階段，鑒于低空無人機(jī)監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)，今后該項(xiàng)技術(shù)必然會(huì)成為主要監(jiān)測(cè)手段。

（1）土壤侵蝕量調(diào)查

土壤侵蝕影響因子較多，其發(fā)展過程較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)工作只能小范圍的調(diào)查土壤侵蝕量，不具備代表性，采用無人機(jī)低空飛行器作為遙感平臺(tái)，利用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行多次長(zhǎng)周期的觀測(cè)，獲取高分辨率、大比例尺的影像資料，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)影像資料進(jìn)行處理，得出土壤侵蝕主要因子的數(shù)量和質(zhì)量，根據(jù)通用土壤侵蝕方程（USLE）計(jì)算出土壤侵蝕模數(shù)和侵蝕量，從而對(duì)區(qū)域土壤侵蝕變化得出監(jiān)測(cè)結(jié)論。

（2）植被蓋度監(jiān)測(cè)

對(duì)林草植被覆蓋度監(jiān)測(cè)，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法是采用樣方法，樣方法存在很多局限性，而采用無人機(jī)監(jiān)測(cè)，既省時(shí)、省力還具有較高的準(zhǔn)確性。以低空無人機(jī)作為飛行平臺(tái)，搭載高清冠層測(cè)量相機(jī)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域開展多批次長(zhǎng)周期低空飛行，充分發(fā)揮低空無人機(jī)靈活、便捷、高時(shí)效特點(diǎn)，獲取地面影像資料，用計(jì)算機(jī)專用軟件，根據(jù)植被和土壤的自身光譜特征，通過比對(duì)像元各波段反射率，對(duì)植被像元和土壤像元進(jìn)行區(qū)分，從而計(jì)算出植被蓋度。通過對(duì)多次拍攝的影像資料得出的植被蓋度進(jìn)行前后對(duì)比分析，即可得到植被蓋度的動(dòng)態(tài)變化。

參考文獻(xiàn)：

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