遥感技术在水土保持监测中的应用

遥感技术在水土保持监测中的应用

Summary:为有效控制和减少水土流失，解决传统水土保持监测技术存在的低效率、低精度和不全面等问题，本文首先简要介绍了遥感技术中无人机遥感技术的特点和优势；其次探讨了遥感技术分别在水土流失危害监测、水土流失状况动态监测和建设工程地区水土保持监管的应用情况；最后对技术的应用前景进行了分析展望。研究结果表明与传统监测方法相比，与信息技术结合的遥感技术监测范围更广，精度更高，灵活度更强，应用前景更广泛，实用性更强。Keys：遥感技术；水土保持；3S技术；无人机监测引言随着经济快速发展，建设初期对自然环境的破坏程度较重。根据水利部发布的水土保持情况公报，全国土壤侵蚀总面积294.91万平方公里，占普查范围总面积的31.12%。各地水土流失情况严重，耕地面积减少，各类相关自然灾害频发，极大地影响了生产生活，阻碍了经济社会的健康发展。因此治理水土流失并建立合理的监测、防治体系对于践行绿色生态文明建设，保障民生具有重要意义。由于地域水文地理差异和灾害程度不同，目前常用的水土保持监测方法主要是因地制宜的地面监测方法，3S技术和激光雷达技术。一、水土保持监测工作重要性（一）水土保持监测工作的必要性。3S技术是重要的水土保持监测方法之一，3S分别是遥感系统，GIS系统和GPS系统，首先获取图像信息后，通过各类数字技术对一定空间内获得的数据进行处理和分析等[1]。其中遥感技术对于前期图像信息收集具有重要作用，例如勘察项目建设情况、地区植被覆盖情况、土壤侵蚀情况等，以便更好地预测水土流失程度，及时建立水土流失防治方案，为相关部门的审批决策提供依据。（二）无人机遥感技术的特点和作用。随着智能化无人操控技术的发展，无人机探测技术在包括水土流失监测的各领域广泛应用。无人机机动性较强，人为操控可以到达全监测区域，进行多种路线设计，灵活穿梭各狭窄死角，系统性地完成探测任务。作为一个对地观测综合性技术，与其他技术手段相比具有以下特点：其一是可以对监测区域全覆盖探查、从而可以采集到系统完整的影像数据。其二是与GPS系统协同工作，实时动态监测地区水文地质变化，技术性强，操作灵活，人工需求相对少。其三是数据具有综合性、融合度高，原始数据量大。对于复杂的地理结构无人机遥感可以做到垂直和斜向多角度构建三维立体模型，拍摄的图像数据精度高，层次明显，解决了重叠覆盖部分的数据收集。其四是操作条件限制少，对室外环境温度要求低，对项目工程水土保持监测中安全性高。（三）水土保持监测方法。水土保持监测的内容主要包括扰动土地情况监测、水土流失情况监测、工程措施水土监测等。对应的传统监测方法多依靠人工采集数据进行地面监测，然而人工获得的定量参数成本高昂、劳动强度大、数据缺乏代表性、结果产出时间长、误差较大等缺点，并且不能动态更新。近年来随着信息技术的发展，人工结合3S技术的监测方法逐渐广泛应用。国内自主建设的北斗卫星导航系统也为高分辨率卫星定位和实时跟踪奠定了坚实基础。地面依靠遥感技术可以集成多传感器、多分辨率，不同解译方法分析得到的监测区域影像数据[2]。太空和地面技术结合，可以快速大量地提取陆地表层系统（如河流流域、森林保护区等自然地区）的水文信息，及时更新对实时动态监测具有不可替代的作用。二、遥感技术在水土保持监测中的应用（一）遥感技术在水土流失危害和实时动态监测中的应用。水土流失可使土壤吸收矿物质能力下降、江河淤积、自然灾害如洪水加剧等问题，因此对土壤肥力、土壤侵蚀敏感性进行评价可以对水土流失情况进行评估。对其机理研究及治理建设具有重要意义。区域植被覆盖状况是影响水土流失的重要指标之一，水土流失动态监测是国家推进生态文明建设的一项基础性工作。根据遥感影像原始数据以及在此基础上解译的数据与信息，结合GPS技术和模拟、典型调查、实地对照的方法，确定水土流失动态监测影响因素调整、优化水土保持措施，确保水土保持措施的合理实施。唐方云等对3S技术在水土保持监测中水土流失危害和实时监测进行了简要分析，认为结合RS技术，利用INFO软件或者导航定位系统，可以在高效更新源数据库中的基础信息，从而做到实时动态的水土监测。例如研究人员设计的黄土高原土壤侵蚀监测和管理信息系统，整个系统数据由多层遥感设备进行采集和传输，地面常规监测、卫星监测和无人机遥感监测共同收集数据，系统智能筛选和更新数据，分区块建立不同指标的对应数据库，属性库、模型库等，从而形成了一个动态、整体、系统性的多功能系统、还可以数据处理直接获取和预测相关水土保持的状态。（二）遥感技术在建设工程地区水土保持监管的应用。根据水利部门的规定，大型生产建设项目生产建设单位应当自行或者委托相应机构在建设期、试运营期以及生产运营期对水土流失展开监测。其他的生产建设项目鼓励单位自行或委托相应机构对水土流失进行监测。建设工程地区水土保持监管对施工安全和绿色生态建设具有重要作用，通过遥感技术卫星监控提取图像数据，筛选监测相关指标有效数据，可以客观反映项目施工现状，保证地基的稳定性，对水土流失问题进行及时发现和控制。目前生产建设项目水土保持监管还存在不足，为此王新星等以山西、陕西和内蒙古接壤的地区的“部批生产建设项目”为研究对象，利用卫星遥感筛选未批先弃的弃渣场，再用无人机遥感调查地区水土保持信息，对工程项目水土保持工作进行监管。结果显示大范围区域中，利用卫星遥感技术可快速高效地对扰动基本信息进行采集，排查违规区域，在小范围区域中，利用无人机遥感可以对重点区域进行高效全面地精确监管[3]。（三）遥感技术在水土保持监测中的应用前景。遥感技术对信号条件存在依赖性，如遇到大气影响或者电磁干扰、噪点较多等情况时无法及时获得拍摄的图像，因此后续可主要对其工作稳定性、强度升级和精度升级等方面进行改进。在应用方面，林场、森林自然保护区、中小流域、大规模草场都是水土流失的重点监测对象，此类地区具有规模大、人工监测成本高难度大、地形地势复杂等特点，无人机遥感技术可以科学规划监测分区，监测路线，对坡度数据等也进行全面的数据采集[4]。在农业和畜牧业经营中，对耕地和草场的水土保持监测也必不可少，耕地在种植中的水土流失主要表现在土壤肥力下降等指标中，草场主要是过度放牧引起的植被覆盖率过低导致水土流失现象，对于不同类型和地理位置的水土保持监测需要有针对性地制定相应的防治措施。结束语

遥感技术是信息时代的产物，在水土保持监测中能减少人工和时间成本，应对各种复杂环境，做到全面覆盖监测，弥补了传统水土监测方法的不足。但目前技术还存在许多问题，例如技术标准不健全、监测手段落后、监测点分布不均、检测人员专业培训缺失等问题，因此为更好地将遥感技术应用到水土保持监测工作中，对水土流失危害进行及时有效的防控，保障农商经济稳定，提高水土保持监测工作质量和信息化，加大水土资源保护、推动生态文明建设具有重要意义。Reference[1]陈宇.无人机技术在水土保持中的应用现状与展望[J].海河水利,2018(3):61-63；[2]胡玉杰,屈创.无人机遥感在水