對(duì)無人機(jī)遙感在水土保持中的應(yīng)用探討

摘要：水土流失是影響生態(tài)平衡與穩(wěn)定，引發(fā)生態(tài)災(zāi)難，制約國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。在當(dāng)前高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提倡全面實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的背景下，加強(qiáng)水土保持已經(jīng)成為水土流失綜合治理的必然訴求。本文以無人機(jī)遙感為研究對(duì)象，從無人機(jī)遙感技術(shù)的相關(guān)概述出發(fā)，通過概括其在水土保持方案編制、水土保持監(jiān)督執(zhí)法以及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用，對(duì)無人機(jī)遙感在水土保持中的應(yīng)用作用與重要性進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)遙感;水土保持;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：X87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）04-00-02

Abstract：Soil erosion is an important factor affecting ecological balance and stability， causing ecological disasters and restricting national economic growth. Under the background of attaching great importance to ecological environmental protection and promoting the full implementation of sustainable development strategies， strengthening soil and water conservation has become an inevitable demand for comprehensive management of soil erosion. This paper takes UAV remote sensing as the research object， and starts from the related overview of UAV remote sensing technology. By summarizing its application in soil and water conservation program preparation， soil and water conservation supervision and enforcement， and dynamic monitoring， the remote sensing of UAV is in soil and water conservation. The role and importance of the application are analyzed for reference.

Key words：UAV remote sensing;Soil and water conservation;Dynamic monitoring

水土保持（Soil and water conservation）是針對(duì)自然與人為因素引發(fā)的水土流失問題，所進(jìn)行的預(yù)防與治理，是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜、綜合的系統(tǒng)工程。水土保持在改善生態(tài)環(huán)境，降低生態(tài)災(zāi)害產(chǎn)生與影響，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)優(yōu)化發(fā)展與維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定上，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。而無人機(jī)遙感技術(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用，為水土保持創(chuàng)新提供了新動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)水土保持經(jīng)濟(jì)與質(zhì)量的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)

無人機(jī)遙感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing）是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、遙感技術(shù)等科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用下，形成的綜合性技術(shù)。無人機(jī)遙感能夠以無人機(jī)（不載人飛行器）為載體，利用無人機(jī)駕駛技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、電子通信技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙感應(yīng)用技術(shù)、GPS定位技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境信息、國土資源信息、地震災(zāi)害區(qū)域空間信息等的自動(dòng)化、智能化獲取，并基于數(shù)據(jù)處理與分析，形成高精度三維圖像，進(jìn)行信息顯示與應(yīng)用[1]。

相對(duì)于傳統(tǒng)水土保持所應(yīng)用的巡查法、野外實(shí)驗(yàn)法而言，無人機(jī)遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)更加顯著，其不僅成本低廉，水土保持研究調(diào)查工作效率更高，而且應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)精度相對(duì)較高，空間分辨能力強(qiáng)。此外，無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用的靈活性更強(qiáng)，安全性更高，并能夠在惡劣環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理，為水土保持提供根據(jù)時(shí)效性、真實(shí)性、全面性的信息。

2 無人機(jī)遙感在水土保持中的應(yīng)用

2.1 無人機(jī)遙感應(yīng)用之“方案編制”

在水土保持領(lǐng)域中，工程措施、蓄水保土措施以及生物措施是應(yīng)用較為廣泛的水土流失預(yù)防與治理辦法。通常情況下，在工程措施（工程設(shè)施建設(shè)實(shí)現(xiàn)水土資源科學(xué)保護(hù)與利用）實(shí)施過程中，為保證措施作用的充分發(fā)揮，多以點(diǎn)狀工程與線狀工程建設(shè)為主。而在線狀工程中，多涉及公路建設(shè)、鐵路建設(shè)、天然氣管道開發(fā)建設(shè)等內(nèi)容，存在線路長(zhǎng)、格局大等特征。在一定程度上為水土保持方案編制工作的組織開展提供了難度。而應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)，則可由少量的工作人員，在短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目所在區(qū)域水土流失情況、地表地形與地表地貌信息的獲取，為水土保持方案編制工作提供充足信息支持[2]。與此同時(shí)，無人機(jī)遙感能夠根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)繪制地形圖、場(chǎng)景圖，便于項(xiàng)目實(shí)踐過程中水土流失量的預(yù)測(cè)，探尋水土保持影響因素，做好水土保持預(yù)防與質(zhì)量規(guī)劃。

2.2 無人機(jī)遙感應(yīng)用之“監(jiān)督執(zhí)法”

在水土保持過程中，無論是工程措施、生物措施還是蓄水保土措施，皆具有工作面廣、工作量大、工作要求高等特征。因此，需要加強(qiáng)水土保持工作監(jiān)督與管控力度，以保證水土保持措施落實(shí)的合理性、合法性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性。而應(yīng)用無人機(jī)遙感能夠?qū)崿F(xiàn)“地空一體化”監(jiān)管，以滿足水土保持監(jiān)督執(zhí)法工作需求，提升水土保持監(jiān)督執(zhí)法質(zhì)量與效果。通常情況下，在實(shí)踐過程中，應(yīng)用無人機(jī)能夠高效、高質(zhì)獲取項(xiàng)目建設(shè)范圍水土保持情況，為工作人員監(jiān)管工作提供信息支持。與此同時(shí)，工作人員能夠依據(jù)無人機(jī)獲取的影像資料，進(jìn)行實(shí)地與影像解釋標(biāo)志確定，并基于分析方法的科學(xué)應(yīng)用，如面向?qū)ο蠓诸惙ǎ玫剿帘３止ぷ髦械姆乐呜?zé)任范圍圖，明確水土保持工作防治指標(biāo)，提升監(jiān)督執(zhí)法規(guī)范性、科學(xué)性、準(zhǔn)確性、時(shí)效性。

2.3 無人機(jī)遙感應(yīng)用之“動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)”

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是水土保持中的核心內(nèi)容，側(cè)重于水土保持項(xiàng)目建設(shè)過程中水土流失情況的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，包括水土流失量、水土流失分布情況等。在此過程中應(yīng)用無人機(jī)遙感能夠進(jìn)一步提升動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)質(zhì)量與效率，節(jié)約動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)成本，提高動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)資源利用率。例如，在水利工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，應(yīng)用無人遙感，能夠有針對(duì)性對(duì)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域進(jìn)行拍攝，獲取建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)水土流失情況，實(shí)現(xiàn)不同施工階段水土保持工程量、擾動(dòng)面積、水土流失強(qiáng)度等信息的提取。與此同時(shí)，通過對(duì)比分析無人機(jī)獲取的多階段影像數(shù)據(jù)，能夠掌握水土保持防治效果，包括擾動(dòng)土地整治效果、林草覆蓋率與被恢復(fù)率，滿足水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)需求。

2.4 無人機(jī)遙感應(yīng)用之“治理設(shè)計(jì)”

在水土保持工作中，針對(duì)水土流失問題進(jìn)行綜合治理時(shí)，相關(guān)工作人員需根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)治理區(qū)域土地利用情況、林草覆蓋率、林草被破壞率、水土流失強(qiáng)度、水土流失量等情況進(jìn)行調(diào)研分析，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行綜合治理設(shè)計(jì)。在此過程中，傳統(tǒng)水土保持調(diào)研分析法，易受空間環(huán)境、人員操作行為、工程擾動(dòng)等多種因素影響，增加調(diào)查研究難度，影響綜合防治設(shè)計(jì)質(zhì)量與防治進(jìn)程。而應(yīng)用無人機(jī)遙感，則可快速、準(zhǔn)確獲取所需信息，豐富設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，保證所應(yīng)用措施與方法的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，提升綜合質(zhì)量效果[3]。

2.5 無人機(jī)遙感應(yīng)用之“驗(yàn)收評(píng)估”

建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收評(píng)估是水土保持工作中的重要內(nèi)容之一，通過驗(yàn)收評(píng)估能夠及時(shí)了解建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量，確保建設(shè)項(xiàng)目滿足水土保持防治標(biāo)準(zhǔn)。在此過程中應(yīng)用無人機(jī)遙感能夠?qū)ㄔO(shè)項(xiàng)目進(jìn)行有針對(duì)性、目的性檢查。例如，水利樞紐棄土棄渣場(chǎng)、公路與鐵路的臨時(shí)道路、中長(zhǎng)隧道、取土場(chǎng)、貯灰場(chǎng)等。此外，基于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果，可了解建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目在水體保持中防治效果的客觀性評(píng)估，以提升驗(yàn)收評(píng)估準(zhǔn)確性與可靠性。

3 應(yīng)用案例分析

在水土保持工作中，就公路、鐵路等線型工程建設(shè)項(xiàng)目而言，涉及到的水土流失范圍相對(duì)較大，引發(fā)的水土流失危害復(fù)雜。對(duì)此，應(yīng)加強(qiáng)水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以及實(shí)時(shí)了解水土流失情況，做好相關(guān)預(yù)測(cè)與防治工作。某區(qū)段鐵路水土保護(hù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過程中，有關(guān)部門利用無人機(jī)遙感技術(shù)對(duì)重點(diǎn)區(qū)段進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。其監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括：水文與氣候變化情況、工程開發(fā)深度、土體擾動(dòng)情況、水土防護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)量、區(qū)域物種豐富度、土石方堆放場(chǎng)、斜坡水土流失范圍與強(qiáng)度、植被覆蓋度、植被生存情況、邊坡防護(hù)規(guī)模等。

與此同時(shí)，工作人員以區(qū)域地面情況與工程建設(shè)施工設(shè)計(jì)圖為基準(zhǔn)，進(jìn)行無人機(jī)航拍監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)飛行路線與高度的確定。并應(yīng)用Pix4UAV軟件、Global mapper 15軟件，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息的提取，獲取監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程進(jìn)程、水土流失情況、水土流失防治情況等的全面、及時(shí)、準(zhǔn)確反映。

此外，基于檢測(cè)結(jié)果，工作人員將利用無人機(jī)獲取的影像信息應(yīng)用到水土保持措施監(jiān)測(cè)、效益監(jiān)測(cè)、驗(yàn)收評(píng)估等工作中。例如，在措施監(jiān)測(cè)過程中，通過分析原始數(shù)據(jù)，了解工程項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)栽種植被的規(guī)模與程度，實(shí)現(xiàn)植被成活率與覆蓋率的評(píng)價(jià);在效益監(jiān)測(cè)過程中，通過“無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)+傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)”了解工程攔渣率、擾動(dòng)面積、水土流失治理率等指標(biāo)，并形成水土保持效益監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，為其他工作的組織開展提供信息依據(jù)。

4 結(jié)論

水土保持是生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的重要組成部分，是江河治理、國土治理、推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本所在。在當(dāng)前提倡可持續(xù)發(fā)展，注重生態(tài)文明建設(shè)的背景下，基于無人機(jī)遙感存在的靈活性、高分辨率等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用與水土保持中，包括水土保持方案編制、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、驗(yàn)收評(píng)估等，有利于提升水土保持質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，無人機(jī)遙感在水體保持中的應(yīng)用將得到進(jìn)一步發(fā)展，并將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]苗中在.無人機(jī)遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].中國公路，2018（11）：142-143.

[2]趙俊喜.無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（10）：9-10.

[3]孫洋.無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2017（06）：89-92.

[4]于克蛟.無人機(jī)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2018（09）：55-56.

收稿日期：2019-01-09

作者簡(jiǎn)介：劉國楊（1986-），女，漢族，碩士，水土保持工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)方向。