基于无人机遥感技术的水土保持工程分析

基于无人机遥感技术的水土保持工程分析

余成    罗剑锋

略阳县水土保持工作站  陕西省汉中市 724300

摘要：无人机遥感技术属于一种新型、能够在短时间获得高精度测量数据的数据收集系统，其具备消耗成本较低、工作效率高且精度高等优势，且一般不会受到地形的阻碍。无人机遥测具有强大的测绘功能，可以短时间内获取水土保持监督管理工作所需的技术资料，如扰动地块的边界、弃渣场的位置、土方量、水土保持措施的落实等内容。目前，无人机遥感技术在水土保持监测中应用未形成统一方法。基于此，本文主要对无人机遥感技术在水土保持工程中的应用进行探讨，以供相关人士参考。

关键词：无人机；遥感技术；水土保持

引言

传统的水土保持监测手段已不能满足水利行业强监管形势下对水土保持监测工作精细化和智能化的新要求。而无人机遥感监测手段具有方便、快捷、高分辨率、低成本等特点，在水土保持监测工作中被推广应用。无人机遥感技术可以快速、准确获取水土保持相关信息，大大提高了水土保持监测工作精度，减少了成本，提高了工作效率。

1无人机遥感技术的优势

相较于传统航天遥感技术、航空遥感技术等，无人机低空遥感技术优势相对明显，一方面，无人机低空遥感技术意味着无人机在云层高度以下飞行，规避了云层针对数据采集的干扰，使得该技术相较于传统航天遥感技术以及航空遥感技术在精度方面表现更为优秀。另一方面，无人机本身体积较小，且具有优秀的便携性，具备在任何时间开展监测以及即时传输的优势。不仅如此，无人机能够针对某一区域之中予以高频率的监测，实现即时性数据反馈，一定程度补充了航天航空遥感技术只能开展周期性遥感数据采集的缺陷。

2无人机遥感技术手段介绍

2.1无人机遥感监测技术路线

无人机遥感技术作为遥感影像资料获取手段之一，具有方便、快捷、高分辨率、低成本等特点。近年来无人机遥感在技术水土保持监测工作中得到广泛应用。大疆无人机Mavic2Pro具有携带方便、操作简单、起飞条件简单、分辨率高等特点。本文以工作中应用的大疆无人机Mavic2Pro为例。大疆无人机Mavic2Pro飞行器使用CMOS图像传感器，可稳定拍摄4K超高清视频与4000万像素照片，最大飞行速度为72km/h，最长飞行时间约为31min。（1）经现场查勘、施工单位报送资料及工程施工进度和工程范围图，在现场确定扰动区域的基础上，划定边界位置，规划出项目区无人机航线。（2）根据场地地形地貌、面积、范围，综合确定项目区飞行高度、相机角度、重叠度、飞行速度、分辨率等参数。（3）经过航线规划、飞行参数确定及无人机各项指标信息检查无误后，开启自动飞行拍摄。（4）拍摄的影像数据可根据不同的处理软件处理建模，本文以Pix4Dmapper软件为例，主要包括建立项目、输入参数设定、输出参数设定、自动处理等程序，生成正射影像、编辑云数据、DSM数据。（5）根据软件处理生成的数据读取项目各分区扰动土地情况、取土弃土情况、水土流失情况、水土保持措施、林草覆盖面积等水土保持情况。

2.2无人机遥感精度影响因子分析

无人机携带的照相机设置的光圈值、曝光时间、图片重叠度、分辨率和飞行高度等参数直接影响拍摄照片的质量。无人机在飞行过程中，受到风力、气流等影响，无人机飞行不稳定，发生位置偏离会影响拍摄图片的重合度。同样，外界因素或者人为操作会使角度发生偏离，影响正射影像质量。无人机的飞行速度也直接影响拍摄图片的质量。目前市面上有许多三维处理建模软件，但不同的软件侧重点不同、算法不同，对计算结果有直接影响。精度与角度（风速大、气流影响会影响飞行偏航、角度偏离）、高度保持一致性，相片重叠度、飞行速度、分辨率要保持一致（由分辨率数学模型可知，在相机传感器尺寸、镜头焦距与视场角等硬件参数一定的情况下，分辨率倍率值与航高无关，由倾斜角度决定），自动飞行可提高观测精度。

3无人机遥感技术的水土保持工程的应用

3.1建设项目水土保持监管

国家水土保持法要求生产建设单位自行开展水土保持监测，生产建设活动具有占地面积大等特点，监测单位难以通过传统巡查方式完成监测工作，无人机遥感具有实时性特点，成为建设项目水土保持监测新技术手段。监测重点关注对象是水土保持措施，通过获取DSM空间分辨率得到厘米级。通过无人机监测可以协助建设单位落实水土保持制度，生产建设项目水土保持监管包括监督性监测与天地一体化监管。生产建设项目水土保持监督性监测是政府组织开展工作，监督性监测由政府授权专业监测机构开展监测，对生产建设项目水土保持方案实施情况监控，跟踪监控检查意见落实情况。根据《生产建设项目水土保持监测规程》，主要监测任务包括掌握项目水土流失情况，监督加强水土保持设计施工；及时发现水土流失隐患，为水土保持监管提供技术依据。规程对开发建设项目水土保持监测内容做出明确要求，实施要求频率精度等具体规范，主要监测内容包括取土弃土监测等。通过无人机遥感可以监测土地扰动范围面积，水土保持措施监测。根据开发建设项目特点分为点线型项目，如道路建设等线性分布。建设项目引起水土流失具有相似特点，如引发水土流失因素众多，水土流失强度随时间变化等。规程规定点状项目水土流失防治责任范围小于100hm

²采用实地测量等方法。目前，开发建设项目水土保持监测普遍应用调查监测，使用工具调查项目区内扰动类型面积。定点观测是获得项目区水土流失的必要手段，通过侵蚀沟样方等方式进行监测。卫星遥感航拍获得影像处理后提取监测数据指标，当前主要是卫星遥感与无人机监测等。

3.2水土保持其他方面应用

按照水土保持信息化工作实施计划，各流域机构对重点工程实施精细化管理，重点抽查图斑现状措施、竣工验收图描述是否一致、措施质量是否合格等。无人机遥感系统实时全面特点为重点工程项目建设核查提供技术支撑。水土保持中无人机在小流域综合治理初步设计、水土保持方案编制、水土保持设施验收等方面应用广泛。典型水土流失危害表现形式有滑坡泥石流等，无人机遥感系统等可以快速准确对灾害事件发生地点与受灾程度进行评估，为受灾区域人员疏散转移等提供决策支持。国家水土保持小流域综合治理工程实施要完成初步设计，要获取林草植被覆盖度等情况，传统方法是野外调查获取流域背景资料，在绘图软件中对水土保持措施设计出图。一些流域无法准确对措施进行空间布局，无法对措施图斑进行空间定位，为图斑精细化管理带来很多不便。可以在设计前以无人机遥感影像为基础，对水土保持措施等现状进行计算。按《水利工程制图标准水土保持图》相关要求，采用无人机交互方法绘制水土保持措施图斑，保证各项措施类型符合流域地形地貌。无人机遥感技术应用避免传统方法导致防治措施布局不合理，在典型小流域综合治理设计中扮演重要角色。

结束语

无人机遥感技术用于水土保持监测项目具有独特优势，这种监测方法具有精度高、全方位等优势。把该种监测方法引入到监管工作中来，通过外业遥测分析，一方面可以提高现场查勘效率和质量，另一方面可以更加准确地实时掌握水土流失变化过程，满足水土保持监管工作实时、全精度的需要。

参考文献

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