试述无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

1、试述无人机遥感技术在水土保持监测中的应用摘要：随着水土保持规划快速发展，前期外业调查是水土保持规划项目工作的 重要组成部分，但当前普遍采用的外业调查手段工作效率低、精度有限、外业工 作量大、周期长，造成这些调查方法不能满足快速、准确的出成果的要求，更不 能适应水土保持规划信息化、快速的发展趋势。无人机遥测技术具有其他传统野 外调查技术手段无法比拟的独特优势，同时具备高精度、实时性和全面性的特点， 成为水土保持规划项目前期外业调查新的技术手段。基于此，本文将对无人机遥 感技术在水土保持监测中的应用进行详细分析。关键词：无人机遥感技术；水土保持监测；应用水土保持监测与信息化是水土保持重要的基础性工

2、作。中共十八大以来，党 中央、国务院对新时期水土保持工作提出了全新的任务和更高的要求，水利部高 度重视水土保持监测与信息化工作，把其作为当前及今后一个时期的重要工作来 安排部署。随着无人机技术的不断发展，其应用领域逐渐扩大，在获取影像方面 的独特优势也逐步显现出来：无人机监测设备应用方式灵活，无需大面积起降场 地；无人机携带方便，操作简单，安全可靠，连续作业能力强；无人机飞行高度 普遍低于云层高度，可拍摄高重叠率、高精度、大比例尺影像，在局部信息获取 方面存在巨大优势。运用无人机开展水土保持工作，在技术软件支持下，能够全 自动、快速、高精度处理，实现航拍影像的快速拼接，精确地生成厘米级正射影

3、像、超高比例尺地形数据和三维点云模型，获取水土保持相关指标成果。1在水土保持监管工作中运用高分遥感和无人机技术的意义一是高分遥感技术的发展。高分遥感技术的优势在于清晰度高，频次多以及 范围较大，尤其是国产高分1号的覆盖周期可以达到41天，分辨率为2米，国 产高分2号的覆盖周期可以达到69天，分辨率为0.8米，这两种型号都可以一年 内实现多次监测。目前这两种遥感数据均可免费适用于中央部委和各省，并有助 于高分遥感应用于全国水土保持监管工作。二是无人机技术的发展。无人机技术 的优势在于低空高分辨率、随时操作、成本低、以及较高较快的航拍和测图效率， 除此之外，无人机技术还可以避免受限于交通条件。近几

4、年，随着国产无人机性 能的不断提升，以及无人机遥感分析软件的开发利用，都为无人机行业在水土保 持监管中的推广提供技术支撑。不少水利委员会都在各种项目中利用无人机完成 了寻找违规弃渣场、监测重要地段路段等工作。三是信息系统技术的发展。除了 蓬勃发展的遥感技术和无人机技术，与之相应的信息贮存、处理、传输以及发布 等技术也在不断发展，从而促进了信息的互联互通。水利部也以此为基础开发了 水土保持信息管理系统，这套系统基本涵盖了水土保持的各项主要业务领域，有 助于中央和基层之间快速交流信息，并及时跟踪工作。2无人机遥测数据在水土保持监测中的应用2.1前期准备工作民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定规

5、定，小于等于7kg的微 型无人机，无人机操作员或无人机观测员与无人机保持直接目视视觉接触的操作 方式，航空器处于驾驶员或观测员目视视距内半径500m，相对高度低于120m的 区域内飞行。由于目前我国法律没有明确规定无人机飞行高度，所以本次督查暂 时在大疆公司统一规定的200m航管限制高度内飞行。（1）所需设备及人员。配 置齐全的小型无人机1台，能熟练掌握飞行技巧的操作员1名、观察员1名。（2）所需飞行及处理软件。大疆手机AppDJIGO、自动飞行软件Altizure、无人机 数据处理软件Pix4dmapper。2.2空间及遥感影像数据库建立生产建设项目空间信息和施工期不同阶段高空遥感影像是开展

6、监测管理的重 要数据基础，需要对购买的卫星高空遥感影像数据进行转换、校准等预处理并开 展分类勾勒工作；对无人机采集的高空影像数据进行拼接、转换、校准并开展分 类勾勒工作；对地形图件进行数字化，形成数字高程；对项目区空间数据进行坡 度、坡长、汇流等分析计算，为监测土石方变化、扰动面积情况、工程措施量、 水土流失量等提供计算基础。2.3基础信息存储与调取整个监测过程收集和存储的各类信息繁多复杂，按信息所属类别可分为设计、 施工、监测、管理、气象、支撑文件等；按信息属性可分为文本、图件、数据库、 多媒体等类别；按文件时序可分为开工前、施工准备期、施工过程中、自然恢复 期、验收阶段资料；按信息来源可分

7、为收集、购买、现场监测等类型。不同类别 的信息需要系统实现存储和调取，需要对文本信息进行识别和关键词提取；对设 计文件中涉及的扰动面积、工程量、投资等信息进行规范格式数字化；对多媒体 数据进行定位、定时、分类管理；对现场监测数据库进行计算、比对、校核处理。2.4遥测数据分析应用首先在项目施工准备期以前，对建设项目水土流失防治责任范围进行一次无 人机遥感监测，将遥感监测DOM成果与含有地形图的平面布置图、土地利用现 状图叠加，并根据水土保持方案确定的监测分区划定监测边界线，以此数据作为 原始基础数据。其次项目建设开工后，根据建设项目施工节点与水土保持监测频 率对防治责任范围区域进行无人机全面遥测

8、，利用GIS软件并通过解译标志对 DOM遥测数据解译，确定每个监测时段水土保持监测分区内扰动面积、扰动土地 类型、临时堆土、弃渣面积、临时措施位置与数量、工程措施位置与数量以及植 物措施位置与数量，将以上内容绘入原始基础数据图内，并建立相应的数据库对 不同时期不同分区的数据进行比对与监测。通过无人机遥测的数据建立DEM模 型完成于开挖土方量、填筑土方量、借土方量以及弃渣量的监测，DEM成果可计 算出土方量，通过与前一时间监测的方量对比，计算项目施工期间方量的变化量; 对于水土流失量可以利用DEM数据获取坡度分级信息，结合土壤侵蚀分类分级 标准，判别各划分单元的土壤侵蚀强度，并根据地面观测法估算

9、建设项目水土流 失量。最后工程建设施工完工后，对整个项目进行一次无人机全面监测，确定最 终水土保持措施数量、位置以及防治效果。2.5开展实时动态监测，建立快速评价系统定期巡查、监测重点生产建设项目，获取扰动情况、水土保持措施面积等相 关数据，形成各阶段影音资料，构建监督动态多媒体数据库，同时应对突发情况 及时派出调查组，收集现场数据，分析多源数据，预报变化趋势，提出应对措施 等。根据重点治理项目实施计划、无人机定期监测实施情况，建立动态变化数据 库，为监管提供实时信息，指导治理工程实施。基于动态变化数据库，选择评价 指标，建立快速评价系统。综上所述，小型无人机具有价格低廉、体积较小、便于携带、起飞降落条件 要求相对较低、飞行高度符合管制要求、无需办理飞行手续等优点，适合在水土 保持督查工作中进行野外措施监测。由于其配套的软件和操作设备大部分可以在 手机或ipad上完成，监测的数据在短时间内可以出结果，效率高，生成的3D图 像形象直观、便于判读，所以小型无人机满足快速督查的时间与精度要求，值得推广。参考文献：赵俊华，朱艳华.无人机遥感在水土保持领域的应用J.人民长江，2017, 48 (12)： 33-35.冯晓东.试论无人机遥感在水土保