無人機遙感技術在水土保持監測中的應用研究

葉力努爾·帕臺

摘 ?要：水土保持監測是用來反映研究區內水土流失狀況和水土流失綜合治理情況的一種關鍵手段，對水土保持防治措施的科學實施和維持生態系 統的平衡均具有重要意義。傳統的水土保持監測方法主要包括現場觀測、資料分析等。無人機遙感技術是現代便捷而精準的一種新型手段。利用無人機 遙感技術可以準確判斷水土流失的精確時間、位置和強度，對實現水土保持監測工作的信息化建設具有重要推動作用。

關鍵詞：無人機;遙感技術;水土保持監測;應用

1 無人機水土保持監測流程

1.1 ?外業數據采集

根據現場勘察進行航高預定并使用Altizure軟件進行航線規劃， ?利用四 翼無人機多視角采集地表數據，通過搭載GPS獲取飛行過程中的實時位置 信息[1]。

1.2 ?內業數據處理

利用ContextCapture ?Master軟件進行空中三角測量， ?并對測區邊界 多余影像數據進行剔除，獲取測區數字高程三維模型（ DEM） 。利用 ContextCapture Viewer軟件的測量工具在三維模型中選取待測區域，完成 對施工占地總面積、擾動地表面積和臨時堆土場面積的快速提取。

利用Riscan Pro軟件精確提取堆土點云數據，導入Geomagic Spark軟件 進行封裝生成堆土網格模型，并計算臨時堆土的測量體積。

2 傳統監測技術存在的弊端

2.1 ?監測區域受限

通常采用人工調查的監測方式，對區域規模的要求較高，只適用于小區 域的監測且受到人為因素的影響較大，致使監測精度無法達到規范要求， ?造 成動態監測結果不準確。若需在大區域范圍內監測作業，會因人手不足影響 人員分配，或在高危地帶的監測區內，無法依靠人力進行數據的采集。

2.2 ?數據采集技術滯后

數據采集主要有兩方面制約因素：一方面研究經費不足，監測范圍覆 蓋不全面，無法滿足生態文明建設和可持續發展的要求。另一方面主要 以人工操作為主，數據信息采集效率及準確率較低，部分動態化監測無 法有效記錄。總體來說，監測技術有待提高，數據采集技術滯后，需要 變革更新。

2.3 ?自動化監測水平較低

在信息技術急速發展的背景下，傳統監測設備正在慢慢向自動化監測 工具轉變，但仍需要提高監測自動化水平。無人機遙感技術作為自動化發 展中的產物，已憑借其成本低、效率高等優勢，發展為水土保持監測中的 重要技術手段。無人機遙感技術的主要功能是準確收集數據并進行數據信 息的處理，最后形成動態監測圖像，該技術現已發展成國內外學者的熱門 研究問題。現階段無人機遙感技術雖然已從試驗階段過渡到使用階段，但 技術并不十分成熟，還未能構成完整的監測系統。

3 無人機遙感技術的定義

無人機遙感技術是以無人機作為中間載體，結合無人機飛行技術、 GPS、計算機技術等一系列先進技術，快速準確地獲取信息，完成數據處 理和應用分析的技術。隨著無人機上可搭載的數據化探測設備及遙感傳感 器的更新完善，該技術可以根據項目的不同需求獲取相應的信息，其應用 領域逐漸擴大，目前已涉及土地利用監測、水利水電、突發事件調查等多 個領域。與早期的遙感監測技術相比，無人機遙感技術的影像分辨率更 高，主要是可以設置無人機飛行速度、高度及時間等參數，進而獲取既滿 足精度要求同時分辨率又較高的影像。此外，無人機遙感技術還可以結合 實際任務需求，設定飛行路線和飛行頻次，進行實時實地的動態監測[2] 。 ? 4 無人機遙感技術的主要特點

無人機遙感技術借助無人機收集地表數據信息，通過計算機處理為三 維圖形，在整個系統優化層面具有顯著的優點，該技術的主要特點為：① 拍攝精度高。無人機的飛行范圍一般在50～1000m，采集地表數據信息時 的航拍精度為0.1～0.5m。②實用性強且設備費用低。無人機身形輕巧且 矯健，結構簡單，飛行作業時靈活自如，對外在環境的適應性較強。一 般作業為低空飛行，受雨雪等天氣的影響較小，同時，機身及拍攝設備費 用較低。③操作簡單且安全。監測時不需要特定的外在條件，即可快速起 升，相對操作簡單。同時，不易受到天氣因素的干擾，可在嚴寒或酷暑條 件下作業，安全性也較高，在遇到突發狀況時，如危險區域的調查、空中

救援指揮等，不會造成人員的傷亡。④拍攝便捷且分辨率高。無人機易于 控制飛行航線，可以根據需求多角度拍攝，針對一般監測區可采用豎直拍 攝收集數據信息，對于復雜結構可以采用斜向拍攝收集細部結構數據信 息，成像效果清晰。該技術充分發揮了其拍攝便捷的優勢，解決了復雜結 構之間因相互覆蓋而掩蓋原始數據的問題，進而能夠獲得全面詳細的影像 信息和完整的監測圖件。

5 無人機遙感技術在水土保持監測中的應用

5.1 ?方案設計

以某地區工程的施工圖與當地地貌作為研究對象，建立航拍監測體 系。根據研究區的工程水土流失特點，確定區域內水土保持監測范圍，本 文以水土流失面積120hm2為例，監測方法主要為無人機遙感監測。依據預 定的監測范圍與時段進行水土保持監測，對研究區域的水土流失情況進行 定量及定性分析，全面掌握水土流失區域防治措施的實施情況以及實施后 的控制現狀。

5.2 ?監測主要內容及成果應用分析

5.2.1 ?地質狀況的動態監測

①監測內容：其中包括土地利用類型、土地擾動面積與地質演變情況 等。②應用：依據DOM成果和項目區平面布置圖，勾劃各片區的邊界線。 基于AcrGIS技術，計算各片區的土地擾動面積，同時注明各區的土地利用 類型。還可以利用時間差比對監測結果，了解土地的演變情況。

5.2.2 ?水土保持工程的監測

①監測內容：主要包括取土場、堆放場以及棄土場的落實情況等。② 應用：依據DOM成果確定研究區內的取土場、堆放場以及棄土場，標識其 具體位置，計算其具體數量。同時，還可以計算項目施工期間堆放場內棄 渣量的變化，并從影像和三維模型中觀察水土防治措施的落實情況[3]。

5.2.3 ?水土保護措施的監測

①監測內容：主要包括物理工程措施、生物措施和其他臨時防治措 施。②應用：依據DOM成果獲取研究區的水土保護措施情況。物理工程措 施的成果可應用于確定土地整治面積、工程及植物護坡位置和面積等;生 物措施的成果可應用于確定綠化面積和植被覆蓋度等;其他臨時防治措施的 成果可應用于確定臨時攔擋位置及長度等。

5.2.4 ?土壤流失情況的監測

（1）監測內容。主要包括土壤流失面積、流失量及流失危害等。

（2）應用。利用無人機遙感技術獲取土壤流失面積，結合地面觀測所

獲得的土壤侵蝕模數，計算各片區的土壤流失量，還可以只依靠無人機遙 感技術，根據植被覆蓋度、土地利用類型等數據，代入方程及分類標準，獲得土壤流失數量、強度等數據[4]。

結束語

綜上所述，采用無人機遙感技術可拍攝高清晰度遙感圖像，且空中作 業模式克服了復雜地形因素的影響，從而能準確、高效地獲取工程中地物 面積、堆土體積等水土保持監測的重要數據，為水土保持監測技術的發展 產生了巨大的促進作用。

參考文獻

[1]石芬芬，田魏龍，萬佳蕾.無人機遙感技術在江西省生產建設項目水土保持監管中的應用[J].亞熱帶水土保持，2019，31（04）：65-67.

[2]屈明明.無人機遙感技術在水土保持方案編制工作中的應用[J].長江技術經濟.2019，3（S1）：51-53.

[3]曾宏琦，文承榮.無人機遙感技術在開發建設項目水土保持監測中的應用[J].廣東水利水電.2019，（08）：91-95.

[4]李嵐斌，金平偉，李樂，等.無人機遙感技術在生產建設項目水土保持監測中的應用——以清遠抽水蓄能電站為例[J].人民珠江，2019，40（01）：6-11.