淺析無人機在開發建設項目水土保持監測中的應用

張彩云 房照娟 張藝銘

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局泰州分局 225300）

一、無人機遙感技術的概念及特點

無人機遙感,是利用無人機技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS 差分定位技術和遙感應用技術，自動化、智能化、科學化、專業化地迅速準確獲取有效的地理資源環境等空間遙感信息，完成遙感數據收集、處理和應用分析的技術。

其特點是以無人機為空中平臺，通過遙感傳感器獲取所需的有效信息，借助計算機處理收集到的信息，將其制作成符合一定精度要求的圖像。無人機遙感技術工作流程圖見圖1。無人機相對有人駕駛飛機，其特點是結構簡單易掌握，費用低，能完成小面積內人無法活動地區的任務；相對傳統衛星遙感技術，無人機遙感系統具有靈活、方便、快捷、實用、成本低等優勢。目前，無人機遙感技術已廣泛應用在多個領域，如水文資源調查、環境監測、河（湖）長制調查、生態河湖健康評價、生態文明建設、防汛抗旱救災等。

二、水土保持傳統監測方法及存在的問題

1.水土保持傳統監測方法

目前我國水土保持常規監測方法為調查監測、地面定位觀測及兩種方法的結合使用等。

調查監測的特點是簡單易上手、使用頻率高，主要用于獲取常規監測數據。監測的主要內容有：（1）監測區域水文氣象、地形地貌、地表組成物質、植被等；（2）主體工程開工建設情況、擾動土地面積、工程開挖情況、土方回填情況、取棄土（石、渣）堆放形狀及施工時間等指標；（3）水土保持工程措施實施情況、運行效果等，植物措施的實施情況、生長情況、防護效果等；（4）項目建設可能造成的水土流失對周邊農田、村莊、水源、河湖、生態環境等的危害。

地面定位觀測法主要用于獲取土壤流失量，根據監測區域的特點因地制宜選擇適宜的監測方法,如：徑流小區法、測釬法、集沙池法等，定時或不定時地觀測來獲取有關數據，進而分析評價項目區的水土流失狀況及水土保持防護措施運行效果。

2.存在的主要問題

圖1 無人機遙感技術工作流程圖

調查、巡查具有省時、省力、簡便易行等特點，目前已被廣泛應用，但是監測數據精確度較低，人為干預因素較大，自動化程度較差，而且僅適合在小面積內監測。對于跨度大的線型工程，尤其是地勢復雜，人員難以到達，監測工作難以開展的地區，徑流小區法、測釬法、沉砂池法是傳統常用的測算土壤流失量的方法。但這些方法對布設地點的選取有一定的專業需求，比如具有較強代表性、可比性，觀測便利，能夠保存一定時間的開挖面或棄土區，且盡量避免工程建設或人為活動的影響。布設位置選取的不同，監測結果也會不同，精度、施工難度也會有所影響。

三、分析無人機遙感技術在水土保持監測工作中的必要性

1.彌補常規監測方法的不足

常用的監測方法如調查法和巡查法，只適合在小區域工作，對于要求精度高、路線長、面積大的線型工程水土保持監測，常規監測方法難以完成要求。無人機遙感技術應用在水土保持監測中，能提高監測數據的準確度、有效地完成面積大且有一定監測難度的水土保持監測任務，填補常規監測方法存在的缺陷。

2. 提高水土保持監測數據的準確性

結合地形布設一定數量的地面標識作為控制點，采集有效數據并分析處理，進而得到項目區的數字高程模型（DEM）和數字正射影像（DOM）等資料。通過DEM 和DOM 成果，提取水土保持監測所需的信息，包括水土保持設施類型、位置、長度、面積及體積、取（棄）占地面積等監測指標，以及各指標在生產建設期的變化情況。無人機遙感技術可有效減少外業工作的危險性，提高了監測數據的準確性、全面性和安全性。

四、無人機遙感技術在水土保持監測工作中的應用

1.監測擾動土地情況

在項目區平面布置圖上確定各防治分區的范圍；在AcrGIS 中運行DOM 成果，計算各分區的擾動占地面積。參照土地利用現狀分類（GB/T2010），標明土地利用類型。通過分析比較不同階段的監測數據，計算項目區擾動土地面積的變化情況。

2.監測取土（石、料）及棄土（石、料）

利用DOM 成果，標識出項目區的取（棄）土場、臨時堆料場等的地理位置及數量。通過DEM 成果，對比原地形地貌，利用體積計算公式，計算土方量及變化量。

3.監測水土流失情況

利用DOM 成果，提取各防治分區水土流失的類型、形式、面積等數據。分析項目區的多年平均降水量、土壤侵蝕程度等，計算各分區的土壤侵蝕模數，再通過土壤侵蝕方程，得到水土流失量的數值。分析比較不同階段的水土流失量，可以準確把握水土流失的動態變化。

4.監測水土流失防治措施

分析DOM 成果，提取項目區水土保持施工情況和防護效果，制訂防護措施。工程措施：排水溝的長度和位置、護坡位置和面積、土地整治面積等。植物措施：植被類型、分布和面積等。臨時措施：臨時排水溝工程量和防護效果、臨時攔擋措施的工程量和防護效果等。觀察三維模型上的情況，判斷水土保持措施的完好程度、草木的成活率、覆蓋度等。

五、結語

隨著開發建設項目的增多，水土流失治理越來越得到重視，水土保持監測工作也尤為重要，常規監測手段耗時耗力，探究新方法、新手段開展監測迫在眉睫。無人機遙感技術應用在水土保持監測中，可以提高監測數據的準確性、監測全面性、作業工作安全性。無人機遙感技術在實踐應用中，也存在著多種制約因素，如天氣、風速、高度等，因此，如何合理有效地校正監測數據，還需要在今后的監測工作中作進一步探討■