白翠霞

摘要：近年來(lái)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)取得飛速發(fā)展，具有時(shí)效性強(qiáng)等特點(diǎn)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)中具有實(shí)踐意義。目前無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中應(yīng)用未形成統(tǒng)一方法。該文以鄂北地區(qū)水資源配置工程為例，從基本監(jiān)測(cè)信息提取等方面開(kāi)展實(shí)例分析。將提取信息應(yīng)用于案例水土保持監(jiān)測(cè)工作，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明滿足相關(guān)技術(shù)要求，成果為無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用提供方法借鑒。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)水土保持監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????? 文章編號(hào)：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(shù)使得水土保持信息獲取高效。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)，可以快速完成地形地貌等數(shù)據(jù)采集，通過(guò)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理分析獲得重要指標(biāo)數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)用于開(kāi)發(fā)項(xiàng)目建設(shè)水土保持監(jiān)測(cè)具有重要實(shí)用價(jià)值。

1水土保持監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用

無(wú)人機(jī)遙感是利用通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化快速獲取空間遙感信息，建模應(yīng)用分析的技術(shù)。無(wú)人機(jī)遙感通過(guò)無(wú)線電遙控設(shè)備進(jìn)行操控不載人飛行機(jī)，特點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息處理，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)快速等優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中應(yīng)用包括生產(chǎn)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)、國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程精細(xì)化管理等領(lǐng)域[1]。

1.1 建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管

國(guó)家水土保持法要求生產(chǎn)建設(shè)單位自行開(kāi)展水土保持監(jiān)測(cè)，生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)具有占地面積大等特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)單位難以通過(guò)傳統(tǒng)巡查方式完成監(jiān)測(cè)工作，無(wú)人機(jī)遙感具有實(shí)時(shí)性特點(diǎn)，成為建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)新技術(shù)手段[2]。監(jiān)測(cè)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象是水土保持措施，通過(guò)獲取DSM空間分辨率得到厘米級(jí)。通過(guò)無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)可以協(xié)助建設(shè)單位落實(shí)水土保持制度，生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管包括監(jiān)督性監(jiān)測(cè)與天地一體化監(jiān)管。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督性監(jiān)測(cè)是政府組織開(kāi)展工作，監(jiān)督性監(jiān)測(cè)由政府授權(quán)專業(yè)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)開(kāi)展監(jiān)測(cè)，對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案實(shí)施情況監(jiān)控，跟蹤監(jiān)控檢查意見(jiàn)落實(shí)情況。

根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)規(guī)程》，主要監(jiān)測(cè)任務(wù)包括掌握項(xiàng)目水土流失情況，監(jiān)督加強(qiáng)水土保持設(shè)計(jì)施工;及時(shí)發(fā)現(xiàn)水土流失隱患，為水土保持監(jiān)管提供技術(shù)依據(jù)。規(guī)程對(duì)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)內(nèi)容做出明確要求，實(shí)施要求頻率精度等具有具體規(guī)范，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括取土棄土監(jiān)測(cè)等。通過(guò)無(wú)人機(jī)遙感可以監(jiān)測(cè)土地?cái)_動(dòng)范圍面積，水土保持措施監(jiān)測(cè)。根據(jù)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)分為點(diǎn)線型項(xiàng)目，如道路建設(shè)等線性分布。建設(shè)項(xiàng)目引起水土流失具有相似特點(diǎn)，如引發(fā)水土流失因素眾多，水土流失強(qiáng)度隨時(shí)間變化等。規(guī)程規(guī)定點(diǎn)狀項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍小于100 hm2采用實(shí)地測(cè)量等方法。目前開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)普遍應(yīng)用調(diào)查監(jiān)測(cè)，使用工具調(diào)查項(xiàng)目區(qū)內(nèi)擾動(dòng)類型面積。定點(diǎn)觀測(cè)是獲得項(xiàng)目區(qū)水土流失的必要手段，通過(guò)侵蝕溝樣方等方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。衛(wèi)星遙感航拍獲得影像處理后提取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)，當(dāng)前主要是衛(wèi)星遙感與無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)等。

1.2 水土保持其他方面應(yīng)用

按照水土保持信息化工作實(shí)施計(jì)劃，各流域機(jī)構(gòu)對(duì)重點(diǎn)工程實(shí)施精細(xì)化管理，重點(diǎn)抽查圖斑現(xiàn)狀措施、竣工驗(yàn)收?qǐng)D描述是否一致、措施質(zhì)量是否合格等。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)實(shí)時(shí)全面特點(diǎn)為重點(diǎn)工程項(xiàng)目建設(shè)核查提供技術(shù)支撐。水土保持中無(wú)人機(jī)在小流域綜合治理初步設(shè)計(jì)、水土保持方案編制、水土保持設(shè)施驗(yàn)收等方面應(yīng)用廣泛。典型水土流失危害表現(xiàn)形式有滑坡泥石流等，無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)等可以快速準(zhǔn)確對(duì)災(zāi)害事件發(fā)生地點(diǎn)與受災(zāi)程度進(jìn)行評(píng)估，為受災(zāi)區(qū)域人員疏散轉(zhuǎn)移等提供決策支持。

國(guó)家水土保持小流域綜合治理工程實(shí)施要完成初步設(shè)計(jì)，要獲取林草植被覆蓋度等情況，傳統(tǒng)方法是野外調(diào)查獲取流域背景資料，在繪圖軟件中對(duì)水土保持措施設(shè)計(jì)出圖。一些流域無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)措施進(jìn)行空間布局，無(wú)法對(duì)措施圖斑進(jìn)行空間定位，為圖斑精細(xì)化管理帶來(lái)很多不便?？梢栽谠O(shè)計(jì)前以無(wú)人機(jī)遙感影像為基礎(chǔ)，對(duì)水土保持措施等現(xiàn)狀進(jìn)行計(jì)算。按《水利工程制圖標(biāo)準(zhǔn)水土保持圖》相關(guān)要求，采用無(wú)人機(jī)交互方法繪制水土保持措施圖斑，保證各項(xiàng)措施類型符合流域地形地貌。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用避免傳統(tǒng)方法導(dǎo)致防治措施布局不合理情況，在典型小流域綜合治理設(shè)計(jì)中扮演重要角色[3]。

2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用為水土保持監(jiān)測(cè)提供新的技術(shù)手段，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以提供定制化服務(wù)，如何切實(shí)用于水土保持監(jiān)測(cè)工作目前尚無(wú)成熟技術(shù)方案。該文針對(duì)鄂北地區(qū)水資源配置工程開(kāi)展案例分析，評(píng)估無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用效果[4]。鄂北地區(qū)水資源配置工程以丹江口水庫(kù)為水源線狀工程，干渠途徑襄陽(yáng)市老河口市、孝感市大悟縣等地區(qū)。

2.1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)水土保持應(yīng)用

研究區(qū)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(qū)、存料場(chǎng)區(qū)及施工生產(chǎn)生活區(qū)等。永久建設(shè)占地341.85hm2，區(qū)域內(nèi)土壤類型以水稻土為主，土壤侵蝕形態(tài)以面蝕為主。鄂北地區(qū)水資源配置工程為線狀，實(shí)驗(yàn)選擇典型地區(qū)實(shí)施航拍，航拍采用設(shè)備為大疆精靈3無(wú)人機(jī)搭載小型4K相機(jī)[5]。

大疆精靈3是大獎(jiǎng)科技公司推出微小型航拍無(wú)人機(jī)，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(tái)俯仰角為-90°～+30°，采用GPS/GLONASS雙模。無(wú)人機(jī)搭載小型4K相機(jī)像素1240萬(wàn)，f/2.8焦點(diǎn)無(wú)窮遠(yuǎn)，視頻存儲(chǔ)最大碼流為60Mbps。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)流程包括監(jiān)測(cè)信息提取等步驟。案例工程為線狀，無(wú)人機(jī)可持續(xù)飛行時(shí)間有限[6]。飛行操作在自動(dòng)航線設(shè)計(jì)中選擇，自動(dòng)飛行高度固定為120m，手動(dòng)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(shù)84張，照片拍攝后使用App軟件處理?；贒OM成果提取生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)信息，土地類型識(shí)別方法包括計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類，利用DOM成果直接提取監(jiān)測(cè)對(duì)象位置等信息[7]。

2.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)水土保持監(jiān)測(cè)結(jié)果

分析典型區(qū)域DOM成果，區(qū)域DOM水平精度達(dá)0.05m。計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別具有更高處理效率，計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類存在明顯誤判，如苫蓋部分識(shí)別為植被。渠首開(kāi)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(qū)不同監(jiān)測(cè)對(duì)象面積，16標(biāo)段進(jìn)口處施工生產(chǎn)區(qū)面積，明確給出1號(hào)渣場(chǎng)中2處苫蓋面積?；跇?gòu)建項(xiàng)目區(qū)三維模型實(shí)現(xiàn)漫游。根據(jù)《水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》，將提取信息用于擾動(dòng)土地狀況監(jiān)測(cè)，水土保持措施監(jiān)測(cè)方面，為監(jiān)測(cè)成果提煉提供支撐。

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)方法包括定位監(jiān)測(cè)等，無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)分析結(jié)果對(duì)比傳統(tǒng)方法，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法主要是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量法。手持GPS儀器單點(diǎn)定位精度5m，測(cè)距高儀采用尼康望遠(yuǎn)鏡COOLSHOT40i測(cè)距+測(cè)高儀。直線距離精度為0.75m。無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果大多控制在10%的差異內(nèi)，施工生產(chǎn)區(qū)擾動(dòng)地表面積無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)值差異小于傳統(tǒng)方法監(jiān)測(cè)值，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算將原始地面假定為平面。渣場(chǎng)臨時(shí)苫蓋措施無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)值小于傳統(tǒng)計(jì)量值。

3結(jié)語(yǔ)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)用于水土保持監(jiān)測(cè)項(xiàng)目具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，該文從水土保持基本信息提取方面分析技術(shù)操作性，得到案例工程典型區(qū)域水土保持措施落實(shí)情況等。大型線性工程減少人工監(jiān)測(cè)成本。針對(duì)特定水土保持監(jiān)測(cè)項(xiàng)目可獲取多項(xiàng)指標(biāo)，無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)可全面應(yīng)用于水土保持監(jiān)測(cè)工作中。水資源配置工程線性生產(chǎn)項(xiàng)目進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)難度較大，可基于項(xiàng)目區(qū)衛(wèi)星遙感影像，通過(guò)后期數(shù)據(jù)分析開(kāi)展。由于監(jiān)測(cè)結(jié)果用于實(shí)際受對(duì)象原始地表環(huán)境、飛行路線等多種因素影像，如何構(gòu)建簡(jiǎn)便快速的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析方法有待探討。

參考文獻(xiàn)

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