無人機與遙感影像在小流域水土保持監測中的結合應用

劉春慧 毛亮

摘要：為了達到對監測的不同時段，不同地類情況的對比分析，提高踏勘效率，完成水土流失的監測成果報告，在湖南省常德市臨澧縣澹水河生態清潔小流域水土保持監測踏勘工作中，采用遙感影像與無人機航拍相結合的方法。該方法結合了遙感影像高效、全面、易獲取的優勢，無人機航拍的機動性、實時性、覆蓋率高等特點，可以在水土保持監測工作中大力推廣。

關鍵詞：小流域;水土流失監測;遙感影像;無人機航拍技術

一、臨澧縣澹水河生態清潔小流域概況介紹

為適應社會經濟快速發展的新形勢，搞好水土保持和水生態保護，實施國家水土保持重點工程，有效防止水土流失，改善小流域生態環境，按照湖南省水利廳《國家水土保持重點工程湖南省生態清潔小流域建設實施方案編制大綱》要求，臨澧縣水利局對開展國家水土保持重點工程生態清潔小流域建設高度重視，澹水河小流域的核心區域位于官亭水庫庫區范圍，根據小流域內的水土流失現狀、溝（河）道現狀、污染源分布狀況、人居環境現狀及治理水土流失難易程度、改善庫區生態環境后的效益分析等多重因素考慮，確定了水源保護型生態清潔小流域澹水河小流域的實施方案。

二、采用遙感影像與無人機相結合的使用方法，開展水土保持監測工作

為達到治理目標，保護庫區水源，澹水河小流域建設的主要措施是水保林及經果林，尤其是靠近官亭水庫的精品示范區。為了及時、準確的發現施工過程中水土流失情況，對小流域實施的前、中、后期進行遙感監測與無人機航拍相結合的監測方式，從而確保實施過程中水土流失在可控范圍內，對官亭水庫的水質不造成影響，最終達到治理目標，形成監測成果報告。

（一）前期小流域基底圖的獲取

小流域基底圖能反映小流域治理前的基本情況，是反映治理效益的基準。小流域基底圖的獲取可以利用Mego Map軟件下載谷歌遙感影像。遙感影像可以快速、全面的了解小流域各個治理圖斑的地理位置，與敏感點官亭水庫的相對方向及直線距離，治理圖斑的植被覆蓋率，周邊交通條件，人居環境等內容。然后將遙感影像圖與小流域的地形測繪圖進行疊加，判讀前期水土流失情況，結合小流域治理實施圖，確定水土流失監測的重點圖斑。在監測圖斑的基底圖上添加高程、道路等內容，下載生成小流域基底圖。

對基底圖進行分析，明確各個治理圖斑的布設措施，具體實施時段，從而確定水土保持監測分區及監測點位的布設，為監測計劃的制定提供依據。

（二）利用無人機航拍獲取施工過程中的監測信息

施工開始后，開展水土流失全面監測。水保林、經果林等面域治理圖斑的監測，通過地面觀測很難達到預期目的。利用無人機航拍，能在短時間內獲取大面積的監測信息，對航拍影像進行判讀，能快速了解林草措施的成活率、植被覆蓋率等信息，為補植苗木數量計算提供依據。

按照監測計劃，在施工期、設計水平年的7～9月份各開展一次小流域植被情況的監測，對水保林、經果林采用無人機航拍，以澹水河小流域精品示范區的水保林、經果林圖斑為例，圖斑面積在8hm2左右，為了達到航拍判讀效果，采用大疆無人機“悟”inspire 2，搭載禪思X5S云臺相機，根據監測圖斑的周邊環境，設置無人機的飛行高度在80m～120m之間，采用正射投影的拍攝方法，拍攝時航向重疊度控制在80%左右，旁向重疊度大于65%。

航拍時通過調整飛行高度，獲取圖斑的全局影像及局部影像，為了確保航拍影像的清晰度，一般采用靜態拍攝，再利用重疊度合成較大區域或線性圖斑的整體影像資料。在各時段拍攝時，盡量于固定點位進行，以便于后期對比分析更容易提取對照信息。

無人機航拍結束后，影像資料按照圖斑名稱、航拍時間、施工時段等進行命名、分類、整理，利用Pix4Dmapper對航拍影像進行一鍵式處理，包括初步處理、空三加密、數字表面模型和正射影像圖處理。對不同時段的同一圖斑航拍照片進行對比分析，提取水保林、經果林的植被覆蓋率、結合地形圖坡度，測算不同時段的水土流失量，并記錄航拍資料監測信息，監測植被措置治理效果，形成季度監測報告，作為后期年度報告的對比分析基礎材料。

無人機航拍施工過程中的水土流失情況，如施工期遇暴雨后的現場情況、開挖土方布設渠道、截排水溝等，一般用于后期匯報，項目施工存檔的影像資料，可采用動態俯拍，便于記錄真實的水土流失過程，更形象更直觀的形成監測匯報成果。

三、遙感影像與無人機航拍技術相結合，在監測成果方面的應用

在監測后期，對小流域水土保持措施進行匯總，措施布設后的水土流失治理效果分析，可以通過判讀無人機影像、無人機航拍照片，與施工前進行對比分析，將正射航拍照片與前期小流域基底圖進行疊加，分析DEM數據特征，明確土壤侵蝕強度。

將遙感影像與無人機航拍照片進行疊加分析的具體步驟：①縮放各時段、各圖斑航拍照片，與基底圖比例一致; ②插入航拍照片到CAD基底圖中，并將其置于底層進行疊加;

③與原基底圖進行對比，標注水保措施信息、實施時間等信息;④生成對比分析圖，完成監測成果報告。根據前、中、后期監測信息，分別按照施工時段編寫水土保持監測季報、年報、匯報資料等。

結語

遙感影像與無人機航拍技術的結合，能更高效的獲取大面積、地形復雜的水土流失監測信息，降低了小流域水土保持監測的成本，新技術的應用對水土保持“天地一體化”建設起到了積極作用。遙感影像技術的不斷發展，無人機航拍設備、相關影像數據處理軟件的開發，必將推動水土流失監測事業的長足發展。

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通訊作者：劉春慧，工程師。

資助項目：湖南文理學院博士啟動基金項目No.17BSQD20和No. 16BSQD15;常德市重點項目（2015SK01）;常德市重點項目“生態海綿磚技術研發”。