無人機傾斜攝影技術在小流域綜合治理中的應用

康開霞 李銀娟

（甘肅省水利水電勘測設計研究院有限責任公司,甘肅 蘭州 730000）

在小流域綜合治理過程中，需要收集區域的基礎數據，明確當前小流域區域的真實情況，資料收集技術顯得尤為重要。在傳統的工作模式中，主要采用衛星遙感技術進行收集，衛星遙感數據通常適合在大尺度流域規劃中應用，在小流域綜合治理中應用時，因為分辨率較低、更新周期較長等弊端無法有效滿足實際需求，所以需要對資料收集技術進行優化。基于此，無人機傾斜攝影技術逐漸被應用，能夠很好地滿足小流域綜合治理工作需要。本文以甘肅某小流域的治理工作為例，闡述了無人機傾斜攝影技術的運用方式以及該流域的具體治理方案。

1 無人機傾斜攝影技術的基本概念

無人機傾斜攝影技術的核心是通過傳感器的裝載對攝影角度進行合理分配，其中四個攝影角度需要規定設置，另一個設置成垂直角度[1]，從多個角度開展攝影工作，能夠對攝影設備所搭載的飛行設備的多種參數進行實時監測，可在飛行設備參數出現問題時對參數進行實時調整。傾斜攝影測量技術一般由三個部分組成：POS系統、飛行設備和傾斜攝影設備[2]。POS系統是傾斜攝影設備所搭載的系統，能夠實現對被測量區域測繪信息實施跟蹤和收集，并對被測量區域測繪攝影中心的核心坐標以及飛行設備的飛行狀態進行記錄[3]。飛行設備的作用是搭載傾斜攝影設備，協助相關設備進行拍攝，按照預定的航線進行飛行，從而實現實時拍攝[4]。

2 無人機傾斜攝影技術在小流域綜合治理中的應用優勢

隨著我國小流域綜合治理工作力度不斷加大，為了能夠全面提高綜合治理工作質量，關于小流域的測繪技術研究相繼開展，將無人機傾斜攝影技術應用在小流域信息收集工作中，能夠有效提高信息收集的準確性和效率，降低小流域信息收集成本。

2.1 提升小流域信息收集準確性和效率

無人機傾斜攝影技術還可以測量出小流域內各實物的具體參數信息，從而提高小流域測繪信息收集的準確性[5]。無人機傾斜攝影技術能夠對被測繪小流域的準確坐標和外部特征進行全面的收集和呈現，進而為接下來的三維建模工作打下良好的基礎，為三維建模工作提供更加全面且準確的數據支持，使得小流域測繪工作的效率有顯著的提高。

2.2 降低小流域信息收集成本

無人機傾斜攝影技術的運用流程較為簡單，工作人員只需通過簡單的操作就能夠對小流域的數據和信息進行全方位的收集，能有效降低小流域信息收集工作的成本。通過無人機搭載傾斜攝影設備，對小流域進行多個角度的數據收集，將數據傳輸到三維建模系統，能有效降低工作人員的作業強度，從而減少人力消耗，使測繪工作的成本能得到更好的控制。

3 小流域綜合治理中無人機傾斜攝影技術的具體應用方式

將無人機傾斜攝影技術應用在小流域綜合治理工作中，主要是獲取小流域的真實數據情況，構建小流域三維模型以及地形圖，從而為后續的植樹造林等管理工作提供數據支持，故需要明確無人機傾斜攝影技術在小流域綜合治理中的正確應用方式。本文結合相關的實踐工作經驗，總結了無人機傾斜攝影技術在小流域綜合治理中的應用方式。

3.1 小流域測量準備工作

第一，在對小流域進行測量之前，工作人員需要做好全面且詳細的前期準備工作，防止因準備不充分而耽誤測繪工作進程或對測量結果的準確性造成影響。在使用無人機傾斜攝影技術之前，需要對無人機設備、POS系統及攝影設備進行全面檢查，飛行設備中使用的無人機需要提前向有關部門進行報備。在使用無人機之前，需要安排工作人員進行試飛工作，檢查無人機是否可以正常運行，防止無人機出現故障進而影響小流域測量結果的準確性。第二，小流域測量工作需要配備完善的管理制度，檢測人員、技術人員必須嚴格按照小流域測量流程和規范進行操作，并主動邀請監督部門到小流域測量現場進行航拍監督和管理。第三，在使用無人機傾斜攝影技術時，需要布設合理的像控點。因此，工作人員需到小流域場地認真開展前期調查工作，按照被測量小流域的實際情況選擇科學的像控點，保證像控點布置成平高點。此外，工作人員也要正確掌握測繪的整體流程，掌握無人機的飛行線路，從而能夠確保各個像控點布置均勻、合理。需要注意的是，像控點的布置要將被測量小流域的整體包圍起來，防止出現被測量小流域有部分區域無法被拍攝到的情況，這樣才能獲取被測量小流域整體的信息，保障測量結果的全面性。

3.2 小流域測量質量控制

無人機傾斜攝影技術是通過無人機來進行小流域測量工作，所以在測量過程中需要嚴格把控測量質量。通過無人機對小流域進行測量時，可以結合GPS、GIS等技術加以輔助，提高測量工作的效率和測量結果的準確性。在實際測量的過程中，要利用無人機來掌握影響數據質量的因素，要確保在光線均勻、無遮擋的基礎上開展測量工作，防止因外部因素對測量結果的準確性造成影響[5]。其次，要確保通過無人機傾斜攝影技術拍攝出清晰的影像，對于各種地物要能夠直觀地辨認，能夠繪制多種地物的輪廓，還要使相鄰影像之間相同地物色調保持一致，攝影區的影像色調效果要保持均勻。為了進一步提高測量工作的整體質量，需要結合天氣情況、陽光照射強度等對曝光參數進行調整，使曝光參數與光照強度相匹配，從而有效地防止出現影像不清晰的問題[6]。當無人機傾斜攝影測量結束之后，要通過飛行管理軟件對所獲取的小流域攝影站點GPS坐標數據進行處理和分析，如果發現所獲取的影像坐標與設計的飛行路線不符時，需重新拍攝，補足遺漏的拍攝點，并將所收集到的小流域測量數據盡快保存和處理，將小流域測量工作質量報告交由質量管控人員進行查驗，如果發現存在問題，應立即進行相應的調整。

3.3 傾斜攝影測量數據處理

傾斜攝影測量數據處理是保證數據和信息準確性、實效性的基礎性工作。通過對需要測量的小流域場地區域、界址點進行確定，再結合全站儀對小流域的測量數據進行采集，之后記錄所測量的數據，再進行數據對比，就能夠有效判斷出測量結果的準確性[7]。通過三維建模的應用，能夠對所測量的數據進行完整的建模，并呈現出建模的細節，還可以借助三維激光掃描技術，對數據信息的準確性進行判斷。無人機傾斜攝影測量技術在數據處理方面有著明顯的優勢，能夠有效提高小流域測量數據的準確性，從而更加清晰地反映當前小流域存在的具體問題。

4 小流域綜合治理有效措施

通過采用上述方法收集小流域的真實數據，能夠獲取當前小流域的各項基礎信息，如土地利用情況、植被覆蓋情況以及坡度等，從而開展小流域綜合治理工作。本文以位于甘肅省臨洮縣的小流域作為研究對象，項目名稱暫定為“臨洮縣站溝小流域”，該小流域內植被稀少，水土流失問題嚴重，已經嚴重威脅到當地的生態環境質量，為了保護當地生態環境，需要做好水土保持、植樹造林、植草等工作。為了提高工作質量，需要明確該小流域的現狀，所以需要采用無人機傾斜攝影技術對小流域的具體情況進行調查，收集詳細的數據，為后續的林地設計等工作提供科學指導。

4.1 結合土地利用現狀調查結果，做好植樹造林規劃

土地利用現狀調查是開展小流域綜合治理工作的基礎。在小流域土地利用現狀調查工作中，采用ArcGIS軟件將正射像成果導入后創建線圖層。由于無人機傾斜攝影技術所獲取的正射影像分辨率能夠達到厘米級別，能夠按照小流域不同土地利用現狀在正射影像實際顯示邊界進行圖層覆蓋，從而形成土地利用現狀的基礎圖斑；在ArcGIS軟件的空間數據中通過解釋標志對應的圖斑進行屬性賦值，能夠獲得小流域土地利用類型以及空間分布等多項基礎信息，對不同屬性土地利用現狀圖斑進行上色，可得到當前小流域土地利用現狀圖[8]。根據土地利用現狀調查結果，該小流域主要由灌綿土、黑麻土、灰白土及高山草甸土組成，項目區域屬于半干旱草原植被帶，天然植被以禾本科和菊科為主，常形成由厚穗冰草、本氏羽茅、針茅、冷蒿、黃蒿、羊草、駱駝蓬等組成的稀疏群落。當前保存的人工種草主要是紫花苜蓿，流域內無天然林分布，保存的人工水保林樹種以檸條、沙棘、樺樹、楊樹、檉柳為主，并有少量的榆樹、柳樹、油松等，主要分布在梁峁坡和溝道上游，項目區林草覆蓋率34.96%。同時，根據無人機傾斜攝影技術測量結果，該小流域陰坡、陽坡、半陰坡、半陽坡的整體坡度在5°～25°。結合無人機傾斜攝影技術所收集的數據，對種植樹種進行選擇，本次小流域治理中所采用的樹種主要包括油松、云杉、刺槐、紫葉李、古槐、沙棘、檸條等[9]。

4.2 依據攝影結果合理選擇樹種

通過采用無人機傾斜攝影技術，獲取該小流域的地形信息、坡度信息、土壤信息、水文信息以及其他信息，結合小流域的氣候等其他信息，通過對小流域內的信息分析，能夠為小流域治理中植樹造林選種工作提供支持。在本次綜合治理工作中，按照無人機傾斜攝影獲得的結果，樹種及苗木選擇方案如下：（1）苗木規格。云杉苗選用≥3年生移植苗木，苗高1.0～1.2 m，土球直徑＞25 cm，要求苗木根系發達，生長健壯，無病蟲害；油松苗選用≥3 年生移植苗木，苗高1.0～1.2 m，土球直徑＞25 cm，要求苗木根系發達，生長健壯，無病蟲害；紫葉李、刺槐、國槐選用一級苗，地徑3～5 cm，定桿苗高1.5 m，生長良好，無病蟲害；沙棘選用一年生移植苗，苗高≥80 cm，生長良好，無病蟲害；檸條選用一級種，種子要求新鮮飽滿、純度95%以上、發芽率90%以上。（2）苗木質量。選用種子活力強，整齊度高，發芽率及種子凈度達到95%的草種，播種前進行種子發芽試驗，若發芽率達不到要求，應適當加大播種量，從而保證種植效果。

4.3 根據傾斜攝影結構，合理規劃種植密度

通過采用無人機傾斜攝影技術，使得本次小流域治理中的各項信息更加明確，從而能夠對植樹密度進行合理規劃。造林密度的確定是以造林目的、樹種特性、立地條件等為依據。造林密度的大小，直接影響著幼林的郁閉及林木的生長與分化。按照無人機傾斜攝影技術所收集的數據，本次小流域治理中植樹密度設計為：喬木純林（油松）株行距為3 m×3 m，造林密度為1111株/ hm2；喬木純林（云杉）株行距為3 m×3 m，喬木純林（紫葉李）株行距為2 m×3 m，造林密度為1667株/ hm2，喬木純林（國槐）株行距為2 m×3 m，造林密度為1667株/ hm2，喬木混交林（云杉+刺槐）的布置形式為行間1:1混交，株行距為2 m×3 m，造林密度1667株/ hm2，喬木混交林（云杉+油松）的布置形式為行間1:1混交，株行距為2 m×3 m，造林密度1667株/ hm2，采用品字形規則造林，根據地形、坡度、坡向進行苗木配置，上部坡度較緩部位主要以喬木樹種為主，在坡腳以上陡坡全長的2/3為止上緣選擇萌孽性強的樹種，條件好的地方可撒播灌木樹種的種子。

4.4 采用無人機傾斜攝影技術進行實時監測

在確定小流域綜合治理方法后，需要對方案的具體實施進行監測，從而確保設計方案能夠落實，在該過程中可以采用無人機傾斜攝影技術對其進行實時監控，該技術還能夠實現對小流域內的調查[10]。例如，在林木檢查方面，在每年秋后需要對新種植的苗木進行調查，明確栽植成活率，評定栽植質量，確定補植或者重新栽植的地塊和面積，在該過程中就可以應用無人機傾斜攝影技術，相比于傳統的調查技術而言，能夠有效提高調查工作效率；根據無人機傾斜攝影技術的調查結果能夠明確當前林木的長勢，從而有利于開展撫育管理工作，根據影像顯示的林木生長情況進行修枝、整形等撫育工作。春季剪除密枝、枯枝和過長枝；修剪后施肥一次，以利于萌發新枝；隨時剪除砧木上的蘗芽，以免影響樹形。雨后注意排水。夏秋季高溫、干旱時，防止土壤開裂，及時灌水補充、防治蚜蟲和紅蜘蛛危害。同時，結合無人機傾斜攝影技術所獲取的影像，能夠明確當前小流域中林木密度，并根據林木密度進行補植，從而能夠有效提高小流域綜合治理效果。通過結合無人機傾斜攝影技術對種植密度進行調整，能夠有效提升林木存活率，防止種植密度不夠科學的問題發生，從而恢復當地植被生態系統，全面提升小流域綜合治理工作質量。

4.5 無人機傾斜攝影技術在后期管護中的應用

后期管護是促進小流域治理工作質量提高的關鍵所在。在林木種植完成后，為了提高后期管護工作科學性，需要結合無人機傾斜攝影技術開展相關的管理工作。第一，通過無人機傾斜攝影技術獲取小流域內的灌溉水源信息，并根據地形等設計渠道、蓄水池等修建工作，從而能夠保證就近取水，能夠提高林地灌溉工程設計質量。第二，根部不同林木品種易發病蟲害的基本特點，利用無人機傾斜攝影技術對病蟲害發生情況進行監測，通過傳回的林木影像，則能夠明確當前林場中是否存在病蟲害問題，從而構建完善的林木病蟲害監測體系。在該過程中無人機傾斜攝影技術具有良好的應用效果，能夠提早發現林木病蟲害問題，從而實現對林木病蟲害的科學管控。第三，在日常的林場巡視工作中，采用無人機傾斜攝影技術，利用無人機能夠在低空飛行的特點，擴大巡視范圍，實時傳輸林場的實際情況影像，能有效提高林場后期管護工作效率，使得無人機傾斜攝影技術的優勢得以全面發揮，代替人工完成林場巡視工作，在小流域治理工作中具有重要的作用。

5 結語

本文全面闡述了無人機傾斜攝影技術的基本概念，對無人機傾斜攝影技術在小流域綜合治理中的應用優勢進行分析，同時闡明了無人機傾斜攝影技術的具體應用和操作方式，并結合甘肅某小流域綜合治理工程對該技術的應用方法等方面進行分析，以期對我國小流域綜合治理工作起到一定的借鑒作用，不斷提升小流域綜合治理工作質量，助力小流域綜合治理關鍵技術的創新與發展。