基于無人機遙感技術的水土保持工程分析

白翠霞

摘要：近年來無人機遙感技術取得飛速發展，具有時效性強等特點，無人機遙感技術應用于水土保持監測中具有實踐意義。目前無人機遙感技術在水土保持監測中應用未形成統一方法。該文以鄂北地區水資源配置工程為例，從基本監測信息提取等方面開展實例分析。將提取信息應用于案例水土保持監測工作，無人機監測結果表明滿足相關技術要求，成果為無人機遙感技術的應用提供方法借鑒。

關鍵詞：無人機遙感技術水土保持監測

中圖分類號：S157文獻標識碼：A??????? 文章編號：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

Analysis of Soil and Water Conservation Engineering Based on UAV Remote Sensing Technology

BAI Cuixia

（Wuhan Water Research Institute， Wuhan， Hubei Province， 430010 China）

Abstract：In recent years， UAV remote sensing technology has achieved rapid development and has the characteristics of strong timeliness. The application of UAV remote sensing technology in soil and water conservation monitoring has practical significance. At present， the application of UAV remote sensing technology in soil and water conservation monitoring has not formed a unified method. Taking the water resources allocation project in northern Hubei as an example， this paper carries out an example analysis from the aspects of basic monitoring information extraction. The extracted information is applied to the case soil and water conservation monitoring. The UAV monitoring results show that they meet the relevant technical requirements， and the results provide a method reference for the application of UAV remote sensing technology.

Key Words：UAV;Remote sensing technology;Water and soil conservation;Monitor

遙感技術使得水土保持信息獲取高效。無人機遙感技術具有明顯優勢，可以快速完成地形地貌等數據采集，通過內業數據處理分析獲得重要指標數據。無人機遙感技術用于開發項目建設水土保持監測具有重要實用價值。

1水土保持監測無人機遙感技術應用

無人機遙感是利用通信技術等實現自動化快速獲取空間遙感信息，建模應用分析的技術。無人機遙感通過無線電遙控設備進行操控不載人飛行機，特點是用計算機對圖像信息處理，無人機系統結構簡單，適用于有人飛機不宜執行的任務。無人機遙感系統具有機動快速等優勢，無人機遙感技術在水土保持監測中應用包括生產項目水土保持監測、國家水土保持重點工程精細化管理等領域[1]。

1.1 建設項目水土保持監管

國家水土保持法要求生產建設單位自行開展水土保持監測，生產建設活動具有占地面積大等特點，監測單位難以通過傳統巡查方式完成監測工作，無人機遙感具有實時性特點，成為建設項目水土保持監測新技術手段[2]。監測重點關注對象是水土保持措施，通過獲取DSM空間分辨率得到厘米級。通過無人機監測可以協助建設單位落實水土保持制度，生產建設項目水土保持監管包括監督性監測與天地一體化監管。生產建設項目水土保持監督性監測是政府組織開展工作，監督性監測由政府授權專業監測機構開展監測，對生產建設項目水土保持方案實施情況監控，跟蹤監控檢查意見落實情況。

根據《生產建設項目水土保持監測規程》，主要監測任務包括掌握項目水土流失情況，監督加強水土保持設計施工;及時發現水土流失隱患，為水土保持監管提供技術依據。規程對開發建設項目水土保持監測內容做出明確要求，實施要求頻率精度等具有具體規范，主要監測內容包括取土棄土監測等。通過無人機遙感可以監測土地擾動范圍面積，水土保持措施監測。根據開發建設項目特點分為點線型項目，如道路建設等線性分布。建設項目引起水土流失具有相似特點，如引發水土流失因素眾多，水土流失強度隨時間變化等。規程規定點狀項目水土流失防治責任范圍小于100 hm2采用實地測量等方法。目前開發建設項目水土保持監測普遍應用調查監測，使用工具調查項目區內擾動類型面積。定點觀測是獲得項目區水土流失的必要手段，通過侵蝕溝樣方等方式進行監測。衛星遙感航拍獲得影像處理后提取監測數據指標，當前主要是衛星遙感與無人機監測等。

1.2 水土保持其他方面應用

按照水土保持信息化工作實施計劃，各流域機構對重點工程實施精細化管理，重點抽查圖斑現狀措施、竣工驗收圖描述是否一致、措施質量是否合格等。無人機遙感系統實時全面特點為重點工程項目建設核查提供技術支撐。水土保持中無人機在小流域綜合治理初步設計、水土保持方案編制、水土保持設施驗收等方面應用廣泛。典型水土流失危害表現形式有滑坡泥石流等，無人機遙感系統等可以快速準確對災害事件發生地點與受災程度進行評估，為受災區域人員疏散轉移等提供決策支持。

國家水土保持小流域綜合治理工程實施要完成初步設計，要獲取林草植被覆蓋度等情況，傳統方法是野外調查獲取流域背景資料，在繪圖軟件中對水土保持措施設計出圖。一些流域無法準確對措施進行空間布局，無法對措施圖斑進行空間定位，為圖斑精細化管理帶來很多不便?？梢栽谠O計前以無人機遙感影像為基礎，對水土保持措施等現狀進行計算。按《水利工程制圖標準水土保持圖》相關要求，采用無人機交互方法繪制水土保持措施圖斑，保證各項措施類型符合流域地形地貌。無人機遙感技術應用避免傳統方法導致防治措施布局不合理情況，在典型小流域綜合治理設計中扮演重要角色[3]。

2 無人機遙感技術在水土保持監測中的應用

無人機遙感技術應用為水土保持監測提供新的技術手段，無人機遙感技術可以提供定制化服務，如何切實用于水土保持監測工作目前尚無成熟技術方案。該文針對鄂北地區水資源配置工程開展案例分析，評估無人機遙感技術的應用效果[4]。鄂北地區水資源配置工程以丹江口水庫為水源線狀工程，干渠途徑襄陽市老河口市、孝感市大悟縣等地區。

2.1 無人機遙感技術監測水土保持應用

研究區主要為低山丘陵與河谷平原地形，主要為崗波狀平原;東北邊為桐柏山地，為低山蔓延的丘陵。全線壟崗丘陵相間，工程劃分為主體工程取、排洪建筑物區、存料場區及施工生產生活區等。永久建設占地341.85hm2，區域內土壤類型以水稻土為主，土壤侵蝕形態以面蝕為主。鄂北地區水資源配置工程為線狀，實驗選擇典型地區實施航拍，航拍采用設備為大疆精靈3無人機搭載小型4K相機[5]。

大疆精靈3是大獎科技公司推出微小型航拍無人機，采用四旋翼飛行棋，懸停高度為垂直+/-0.5m，最大升速為5m/s，最大水平飛速為16m/s。云臺俯仰角為-90°～+30°，采用GPS/GLONASS雙模。無人機搭載小型4K相機像素1240萬，f/2.8焦點無窮遠，視頻存儲最大碼流為60Mbps。生產建設項目水土保持監測無人機遙感技術流程包括監測信息提取等步驟。案例工程為線狀，無人機可持續飛行時間有限[6]。飛行操作在自動航線設計中選擇，自動飛行高度固定為120m，手動操作飛行高度為100m。航片重疊度不低于50%。拍攝有效影像總數84張，照片拍攝后使用App軟件處理?；贒OM成果提取生產建設項目水土保持監測信息，土地類型識別方法包括計算機自動分類，利用DOM成果直接提取監測對象位置等信息[7]。

2.2 無人機遙感技術水土保持監測結果

分析典型區域DOM成果，區域DOM水平精度達0.05m。計算機自動識別具有更高處理效率，計算機自動分類存在明顯誤判，如苫蓋部分識別為植被。渠首開挖在地面下，利用DOM成果獲取位置信息，渠首高程為200.83m。分析案例工程典型區不同監測對象面積，16標段進口處施工生產區面積，明確給出1號渣場中2處苫蓋面積。基于構建項目區三維模型實現漫游。根據《水土保持監測技術規程》，將提取信息用于擾動土地狀況監測，水土保持措施監測方面，為監測成果提煉提供支撐。

生產建設項目水土保持監測傳統方法包括定位監測等，無人機遙感監測分析結果對比傳統方法，傳統監測方法主要是現場測量法。手持GPS儀器單點定位精度5m，測距高儀采用尼康望遠鏡COOLSHOT40i測距+測高儀。直線距離精度為0.75m。無人機監測結果大多控制在10%的差異內，施工生產區擾動地表面積無人機監測值差異小于傳統方法監測值，無人機監測結果計算將原始地面假定為平面。渣場臨時苫蓋措施無人機監測值小于傳統計量值。

3結語

無人機遙感技術用于水土保持監測項目具有獨特優勢，該文從水土保持基本信息提取方面分析技術操作性，得到案例工程典型區域水土保持措施落實情況等。大型線性工程減少人工監測成本。針對特定水土保持監測項目可獲取多項指標，無人機監測技術可全面應用于水土保持監測工作中。水資源配置工程線性生產項目進行遙感監測難度較大，可基于項目區衛星遙感影像，通過后期數據分析開展。由于監測結果用于實際受對象原始地表環境、飛行路線等多種因素影像，如何構建簡便快速的監測數據分析方法有待探討。

參考文獻

[1]? 楊曉娟，宋振振，李飛，等.無人機遙感技術在線型工程水土保持監測中的應用[J].安徽農業科學，2020，48（19）：222-226.

[2]? 李云喜.無人機遙感在水土保持領域的應用研究[J].農業科技與信息，2020（7）：57-58.

[3]? 舒瑩.無人機遙感技術在水土保持中的應用[J].中國高新科技，2020（7）：77-78.

[4] 郭興健.基于無人機--衛星遙感--模型的典型區生態系統土壤保持服務研究[D].北京：中國科學院大學，2020.

[5] 卞雪.基于無人機低空遙感影像可見光波段的植被覆蓋率研究[D].江蘇：南京農業大學，2017.

[6]? 馬倩.基于無人機遙感技術的作物分布信息提取方法研究[D].北京：中國科學院大學（中國科學院教育部水土保持與生態環境研究中心），2021.