無人機遙感技術在遼河流域水土保持監測中的應用

劉永健

（沈陽工學院，遼寧 撫順 113000）

水土保持監測是用來反映研究區內水土流失狀況和水土流失綜合治理情況的一種關鍵手段，對水土保持防治措施的科學實施和維持生態系統的平衡均具有重要意義[1]。傳統的水土保持監測方法主要包括現場觀測、資料分析等。無人機遙感技術是現代便捷而精準的一種新型手段。利用無人機遙感技術可以準確判斷水土流失的精確時間、位置和強度，對實現水土保持監測工作的信息化建設具有重要推動作用[2]。

1 傳統監測技術存在的弊端

為了有效預防水土流失、維持生態穩定，采取各種不同現代化技術措施進行水土保持監測，以水土流失區域位置、危害程度、治理措施等作為研究對象，對整個項目區展開全面、系統的實時監測與評價，為水土保持工作提供強有力的技術支持。在生態環境保護中，水土流失的危害程度較大，而又由于傳統的水土保持監測技術受到許多限制存在諸多缺陷，因此如何高效、全面地進行水土流失監測是當前急需解決的關鍵問題[3]。傳統監測技術存在的弊端主要體現在以下幾個方面。

1.1 監測區域受限

通常采用人工調查的監測方式，其對區域規模的要求較高，只適用于小區域的監測且受到人為因素的影響較大，致使監測精度無法達到規范要求，進而動態監測結果不準確。若需在大區域范圍內監測作業，則會因人手不足影響人員分配，或在高危地帶的監測區內無法依靠人力進行數據的采集。

1.2 數據采集技術滯后

數據采集主要有兩方面制約因素：一方面研究經費不足，監測范圍覆蓋不全面，無法滿足生態文明建設和可持續發展的要求。另一方面主要以人工操作為主，數據信息采集效率及準確率較低，部分動態化監測無法有效記錄。總體來說，監測技術有待提高，數據采集技術滯后，需要變革更新。

1.3 自動化監測水平較低

基于信息技術急速發展的背景，傳統監測設備正在慢慢向自動化監測工具轉變，但仍需要提高監測自動化水平。無人機遙感技術作為自動化發展中的產物，已憑借其成本低、效率高等優勢，發展成為水土保持監測中的重要技術手段。無人機遙感技術的主要功能是準確收集數據并進行數據信息的處理，最后形成動態監測圖像，該技術現已發展成國內外學者的熱門研究問題。現階段無人機遙感技術雖然已從試驗階段過渡到使用階段，但技術并不十分成熟，還未能構成完整的監測系統。

2 無人機遙感技術概述

2.1 無人機遙感技術的定義

無人機遙感技術是以無人機作為中間載體，結合無人機飛行技術、GPS、計算機技術等一系列先進技術，快速準確地獲取信息，完成數據處理和應用分析的技術。隨著無人機上可搭載的數據化探測設備及遙感傳感器的更新完善，該技術可以根據項目的不同需求獲取相應的信息，其應用領域逐漸擴大，目前已涉及土地利用監測、水利水電、突發事件調查等多個領域。與早期的遙感監測技術相比，無人機遙感技術的影像分辨率更高，主要是可以設置無人機飛行速度、高度及時間等參數，進而獲取既滿足精度要求同時分辨率又較高的影像[4]。此外，無人機遙感技術還可以結合實際任務需求，設定飛行路線和飛行頻次，進行實時實地的動態監測。

2.2 無人機遙感技術的主要特點

無人機遙感技術借助無人機收集地表數據信息，通過計算機處理為三維圖形，在整個系統優化層面具有顯著的優點。

（1）拍攝精度高。無人機采集地表數據信息時的航拍精度為0.1～0.5 m。

（2）實用性強且設備費用低。無人機身形輕巧且矯健，結構簡單，對外在環境的適應性較強。一般作業為低空飛行，受雨雪等天氣的影響較小，同時機身及拍攝設備費用較低。

（3）操作簡單且安全。監測時不需要特定的外在條件即可快速起升，相對操作簡單。同時，不易受到天氣因素的干擾，可在嚴寒或酷暑條件下作業，安全性也較高。

（4）拍攝便捷且分辨率高。無人機易于控制飛行航線，可以根據需求多角度拍攝，針對一般監測區可采用豎直拍攝收集數據信息，對于復雜結構可以采用斜向拍攝收集細部結構數據信息，成像效果清晰。該技術充分發揮了其拍攝便捷的優勢，解決了復雜結構之間因相互覆蓋而掩蓋原始數據的問題，進而能夠獲得全面詳細的影像信息和完整的監測圖件。

3 無人機遙感技術在水土保持監測中的應用

在水土保持監測中，能及時準確地反映水土流失動態，提供決策依據和綜合治理方案是至關重要的[5]。目前，無人機遙感技術的工作流程主要包括基礎數據的獲取、信息的轉換及應用。其能通過對現場的調查監測采集地形圖量測數據信息，使得水土保持監測工作更加科學高效。具體應用以遼河康平縣段為例。遼河康平縣段位于遼寧省沈陽市康平縣，地理坐標為北緯42°31′～43°02′、東經122°45′～123°37′。康平縣轄內遼河長52.7 km，流域面積2 160.08 km2；流域內年均降水量540 mm，多山地、沙化土，植被覆蓋度較低，水土流失較為嚴重。

3.1 方案設計

根據遼河流域的地形地貌及水土流失特點，確定區域內水土保持監測范圍，建立航拍監測體系。監測方法主要為無人機遙感監測。依據預定的監測范圍與時段進行水土保持監測，對研究區域的水土流失情況進行定量及定性分析，全面掌握水土流失區域防治措施的實施情況以及實施后的控制現狀。

3.2 監測主要內容及應用分析

3.2.1 地質狀況的動態監測

馬克思的勞動概念描述了人類自由勞動的一般場景，它具有兩種特征：第一，人類勞動具備一種天然的人類勞動價值認同，即勞動首先表現為人通過自身體力和精力的消耗而與自然的物質能量進行轉換的活動，如“一分耕耘一分收獲”；第二，人類勞動突出了人類在勞動過程中的主體地位，在人與自然之間的勞動過程中，人賦予了勞動人的目的、意志和希望。

（1）監測內容。主要包括土地利用類型、土地擾動面積與地質演變情況等。

（2）應用。依據DOM成果和項目區平面布置圖，勾劃各片區的邊界線。基于AcrGIS技術，計算各片區的土地擾動面積，同時注明各區的土地利用類型。還可以利用時間差比對監測結果，了解土地的演變情況。

3.2.2 水土保持工程的監測

（1）監測內容。主要包括取土場、堆放場以及棄土場的落實情況等。

（2）應用。依據DOM成果確定研究區內的取土場、堆放場以及棄土場，標識其具體位置，計算其具體數量。同時，還可以計算項目施工期間堆放場內棄渣量的變化，并從影像和三維模型中觀察水土防治措施的落實情況。

3.2.3 水土保護措施的監測

（1）監測內容。主要包括物理工程措施、生物措施和其他臨時防治措施。

（2）應用。依據DOM成果獲取研究區的水土保護措施情況。物理工程措施的成果可應用于確定土地整治面積、工程及植物護坡位置和面積等；生物措施的成果可應用于確定綠化面積和植被覆蓋度等；其他臨時防治措施的成果可應用于確定臨時攔擋位置及長度等。

3.2.4 土壤流失情況的監測

（1）監測內容。主要包括土壤流失面積、流失量及流失危害等。

（2）應用。利用無人機遙感技術獲取土壤流失面積，結合地面觀測所獲得的土壤侵蝕模數，計算各片區的土壤流失量，還可以只依靠無人機遙感技術，根據植被覆蓋度、土地利用類型等數據，代入方程及分類標準，獲得土壤流失數量、強度等數據。

3.2.5 水土流失防治效果監測

（1）監測內容。主要包括土壤流失控制比、林草植被恢復率及覆蓋率等指標。

（2）應用。獲得數據信息后代入各指標的計算公式即可，同時需檢驗其是否達到標準。

3.3 監測的預期成果及建議

3.3.1 預期成果

無人機遙感技術在水土保持監測中的應用需及時提取有效數據信息，并做好原始記錄，按照相關的規范標準，完備手續，檢查數據的真實可靠性，以便逐一應用到監測工作中。針對水土保持及流失情況的監測，應建立數據庫，并撰寫相關的監測總結報告，其中應包括監測報告、監測數據、相應的監測圖件和必要的影像資料。

3.3.2 建議

無人機遙感技術的應用仍存在不足之處，在水土保持監測中還沒有形成完整的技術路線，處于初級探索階段[6]。例如，現階段無人機搭載的主要是可見光波段載荷，根據實際情況，可以搭載熱紅外、高光譜等載荷，以便滿足環境影響評價的不同需求。在監測水體及植被等要素時，搭載多光譜成像儀，更能全面地監測地表水環境質量及其動態演變情況，有助于客觀評價項目對生態環境的影響。同時，可以研發各類采樣設備，融合重量輕、體積小等優勢，實現無人機低空采樣分析，結合地面監測手段，為無人機遙感技術監測方法提供補充。在今后的監測中，還應制定相應的規范標準，并設置專門的技術試驗區，使此項技術的應用更加標準化，形成系統化的完整體系，為水土保持監測工作提供更好的服務。

4 結語

隨著科技的進步和信息化技術的快速發展，水土保持監測工作在要求高效率的同時，還向著智能化方向發展。無人機遙感技術不僅改進了傳統的監測手段，還能提高項目監測的精度和自動化程度。通過本文分析可知，利用無人機遙感技術能收集區域內的數據信息，從而研究分析出各部分監測的內容，突破了傳統監測技術的瓶頸，解決了精度低、區域局限性等常見問題，加快了水土保持監測領域的自動化發展。