無人機低空遙測技術在水土保持監測中的應用

任懷澤，張榆興

［黃河水土保持綏德治理監督局（綏德水土保持科學試驗站），陜西榆林 719000］

現如今，在我國的水土保持監測中，遙感監測逐漸受到重視，在水土保持監測中應用無人機低空遙測技術能夠獲得較好的防治效果，可以有效解決以往監測方法周期較長、局限性等缺陷，從而準確判斷水土流失的時間、范圍和強度，同時還能夠保證水土保持監測的精確性和可靠性，是我國水土保持監測的新型技術，能夠對我國水土保持監測工作的發展起到一定的幫助作用。

1 我國水土保持現狀

從目前看來，我國出現了許多的水土流失情況，大多是因為我國的發展建設及高原地區的環境問題。在當前社會的發展下，我國開始大規模進行礦產挖掘、道路建設及能源采集，這些必要的采集和建設會加速水土資源的流失。通過實際調查不難發現，我國許多地區具有良好的自然環境，這些地區的水土流失情況較少，但個別設施的建設會導致自然環境受到嚴重破壞，進而出現了嚴重的水土流失情況。建設設施會破壞地區的植被環境，出現的水土流失情況更會加速地區植被的流失，產生惡性循環［1］。為減輕我國的水土流失情況，將無人機低空遙測技術應用到水土保持監測的工作中，能夠充分保證水土保持監測數據的空間及精度，同時大幅減少了水土調查的工作量，為我國的水土保持監測提供了較大的幫助。在我國飛速發展的今天，我國的無人機技術已經相對成熟，在使用無人機過程中也具備了豐富的經驗，能夠有效推動我國水土保持監測工作的良好發展。

2 傳統監測技術中存在的問題

為緩解水土流失現狀，我國已經開始將許多新型技術應用到水土保持監測工作中，研究水土流失的范圍、流失情況和防范措施，全方位監測水土保持區域，充分保證水土保持工作的質量［2］。由于我國自然環境中存在許多的水土流失情況，再加上傳統的檢測技術因自身缺陷和種種問題并不能起到較好的效果，尤其表現在以下3 點。

2.1 監測范圍受到限制

傳統監測技術主要將人力調查作為水土保持監測的主要形式，這種形式對監測范圍有一定的要求，只能在較小范圍內進行監測，而且還會因許多因素受到影響，進而導致水土保持監測的精度不足，呈現出錯誤的監測數據。如果要對較大范圍進行監測工作，就會出現人力缺少或人力調配煩瑣的情況。除此之外，由于個別區域的危險性較高，人力無法完成監測數據的采集。

2.2 數據采集技術相對落后

在水土保持工作中，數據采集非常重要，但個別因素的限制，嚴重影響了數據采集技術的發展，主要體現在以下2 點。1）因缺少研究費用，數據采集技術無法提高監測的范圍，是數據采集技術落后的關鍵因素。2）在傳統監測技術中，基本通過人力操作采集數據信息，而且采集的數據信息并不具備較高的精確性，導致對監測數據信息的記錄也無法實施。由此可見，需要對傳統監測技術具有較大的發展空間，應創新數據采集技術，從而提高數據信息采集的精確性和效率。

2.3 自動化監測水平較低

目前，各種現代化技術正在迅速發展，傳統的監測設備已經不適用于當今的水土保持工作，逐漸轉化為自動化的檢測設備，但因自動化監測發展時間較短，自動化監測水平存在一定的提升空間。在當前時代背景下，無人機遙感技術進入了人們的視野，其因工作效率高和成本低而成為我國水土保持監測工作中的關鍵技術。無人機遙感技術能夠保證數據采集的精確性，然后處理采集的數據信息，并呈現出動態的監測圖像，對于我國的水土保持監測工作起到了關鍵性的作用。

3 無人機低空遙感監測技術

無人機低空遙感監測技術主要是將無人機作為載體，然后有效結合計算機技術和衛星導航系統（GPS），讓無人機在指定區域內進行航拍監測，以此獲得較低空間的影像信息，然后利用要管技術傳輸數據信息，最終通過處理軟件對數據信息進行處理和建模，完成數據信息的分析和對比。無人機低空遙感監測技術可以快速獲取目標范圍內的影像，而且能夠呈現出較高分辨率的影像，利用影像拼接技術能夠對影像進行處理，進而獲得水土保持工作的實際工作情況和監測工作需要使用的數據信息，能夠分析各個工作環節的無人機低空遙感監測數據信息，然后計算出監測的數據信息，進而生成監測報告［3］。除此之外，利用CAD（計算機輔助設計）等建設軟件能夠制作出水土流失治理的責任圖、水土流失治理措施圖及土地擾動的面積圖，進一步提高水土保持監測工作的效率，不斷完善我國水土保持監測技術的方法。

4 無人機低空遙感監測與傳統監測方式的對比

在水土保持工作中，比較傳統監測方式與無人機低空遙感監測技術后能夠發現，兩者獲取數據信息的方式具有明顯差異，并且傳統監測方式的弱項正是無人機低空遙感監測技術的優勢。例如，在使用傳統監測方式監測擾動范圍時，超出范圍很難通過現場調查和量測準確獲取，并且對于表土剝離、棄土堆放、水土流失狀況、水土保持措施及水土流失危害的監測工作也只能通過現場調查、實地量測及查閱資料等方法實施。而使用無人機低空遙感監測技術監測擾動范圍時，能夠利用衛星影像、無人機航攝快速獲取擾動范圍控制的數據信息；在監測表土剝離時，可以使用無人機航攝確定表土剝離的范圍和面積，然后測量其和表土堆放體積；在監測棄土堆放時，通過衛星遙感能夠確定其位置、范圍和面積，然后利用無人機航攝確定其方量；在監測水土流失狀況時，能夠利用衛星遙感確定出水土流失的范圍和面積；在監測水土保持措施時，衛星遙感可以對主要措施的提取提供支持，無人機航攝可以準確獲取水土保持措施的數量；在監測水土流失危害時，衛星遙感能夠迅速掌握水土流失危害產生的具體位置、范圍和地區。由此可見，無人機低空遙感監測技術相比于傳統監測方式有著較為突出的優勢，傳統的監測方式往往只能通過現場調查、實地量測和查閱資料等方法實施，而無人機低空遙感監測技術則可以利用無人機航攝和衛星遙感快速、準確地獲取水土保持的各項數據信息。除此之外，無人機具有結構簡單、使用成本低等特點，可以應用在一些危險性較高的地區進行地質災害的調查、空中救援指揮及環境遙感監測等工作，能夠為水土保持工程的規劃、建設等工作提供幫助，進一步提高水土保持工作的效率和質量。

5 無人機低空遙感監測技術在水土保持中的應用

5.1 水土保持規劃的基礎調查

水土保持規劃需要根據我國水土流失的實際情況進行，相關部門需要提供治理水土流失的文件資料，然后合理規劃，使水土流失的防范治理工作能夠呈現出良好的效果。但從實際情況來看，因種種因素的限制，無法合理規劃防范治理方法，并且不具備精確的基礎資料及錯誤的方法和布局，導致水土保持的實用性不足。以往的水土保持方式通常會利用大量的人力和物力資源，而且需要耗費較長的時間，無法避免人力對其形成的影響。而運用無人機低空遙感技術能夠充分了解水土資源的具體位置和流失情況，利用遙感技術還可以對河流分布、土地利用等情況進行迅速處理，預估出水土保持工作的效果。與此同時，采用三維激光技術和近景拍攝也可以獲取水土保持的數據信息，進而完善水土保持的規劃。

5.2 水土流失災害調查

水土流失所形成的災害情況包含了水土流失造成的經濟或資源損失、設備設施毀壞及導致人員傷亡的洪水災害、山體滑坡等。采用無人機低空遙感監測技術能夠預測水土流失情況，一旦預測出災害的即將到來，就會發出警報信號，確保人們不會受到生命威脅，對于水土流失所形成的災害情況能夠起到預估和監測的作用。將地理信息系統（Geographic Information Systems，GIS）技術和遙感技術進行有效結合能夠解決水土流失災害的后期減災問題，準確預估出災害位置和嚴重程度，能夠幫助有關部門及時進行搶險工作。除此之外，利用遙感技術采集數據能夠充分保證數據信息的精確性，使其和影像分析能夠發揮出應有的效果。在較小區域內使用無人機低空遙感監測技術能夠充分體現出該技術效率高和低成本的特點，大幅降低水土保持工作的危險性，進而提高水土保持工作的質量。

5.3 水土保持方案編制

應用無人機低空遙感監測技術能夠快速獲得建設設施時水土流失的實際情況，將全球定位系統（Global Positioning System，GPS）技術和影像采集技術進行結合并在無人機載體上使用，能夠清晰了解建設的占地面積等數據信息，進而生成建設的影像圖和建設區域的土地特點，然后對建設范圍之內的水土流失狀況進行分析，評估出水土流失所形成的災害情況。

5.4 水土保持動態監測

無人機低空遙感監測技術不斷發展下的今天，無人機載體上裝置的遙感傳感器已具有較高的影像分辨率，該技術相對成熟，能夠在各種環境進行完成多樣性的監測工作。從實際情況中能夠發現，遙感影像的費用正在持續降低，運用遙感技術能夠充分保證建設設施的準確性，提高建設效率，能夠有效加快設施的建設速度［4］，同時對于開始建設的工程能夠給予一定的幫助，實時監測建設時所產生的災害和治理情況，除此之外，數據信息庫的建設能夠對水土保持措施的效果進行全面的檢測。而利用DFM（維事實模型）技術能夠模擬出監測區域的地面地形，然后對監測影像進行改良和處理。通過對外業的調查處理能夠構建影像，并聯系實際的解編譯標識。根據對建設區域土地侵蝕狀況的了解能夠通過三類信息進行矢量圖層的向性疊加，然后計算不同劃分單元的土壤侵蝕程度，分析出土壤侵蝕部分的利用率，進而獲取建設工程監測的數據信息，在比較后了解水土動態監測的效果。

5.5 水土保持設施驗收評估

在一些地面地形相對復雜的地區進行工程建設時，通常會因地勢險峻等因素很難監測水土保持。但運用無人機低空遙感監測技術就能夠解決這些問題，完成對水保設施的核對和檢驗，充分保障水保設施的核查率。利用GPS 技術和無人機低空遙感技術能夠改善森林及草原等地區的生態環境，使該地區能夠重新出現植被存活的情況。除此之外，在水土保持設施驗收評估時，通常會將防護工程的穩定性能作為關鍵依據。在編制水土保持的方案時必須評估水土保持設施，以此來降低工作數量并減少驗收時間。不僅如此，運用無人機低空遙感監測技術還能夠監測一定范圍內水土保持的地面地形，然后對比并分析植被情況的圖像，了解土壤被侵蝕后的具體變化，對水土保持防范方法實行的效果進行檢驗，以便更好地進行建設區域內的管理。運用水土保持防范工程的驗收方式建設出數據信息庫，利用無人機采集數據信息和繪制圖像的能力對建設區域數據信息的采集和區域圖像的繪制，以提高工作的精確性和質量［5］。

6 結語

當前，以往的水土保持監測技術過于滯后，無法在當今的水土保持監測工作中使用。而無人機低空遙感監測技術具有效率高、成本低的特點，能夠在無人駕駛的情況下采集地面地形的數據信息，從而獲取影像資料，實現自動化監測并保證了監測的精確性，有效解決了傳統監測技術存在的問題，在我國水土保持監測工作中發揮出了重要作用。將無人機低空遙感監測技術運用在水土保持監測工作中，能夠有效推動我國社會的發展和建設。