基于無人機(jī)遙感技術(shù)的水土保持工程分析

白翠霞

摘要：近年來無人機(jī)遙感技術(shù)取得飛速發(fā)展，具有時效性強(qiáng)等特點(diǎn)，無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用于水土保持監(jiān)測中具有實(shí)踐意義。目前無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中應(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)測信息提取等方面開展實(shí)例分析。將提取信息應(yīng)用于案例水土保持監(jiān)測工作，無人機(jī)監(jiān)測結(jié)果表明滿足相關(guān)技術(shù)要求，成果為無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用提供方法借鑒。

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

中圖分類號：S157文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??????? 文章編號：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。無人機(jī)遙感技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，可以快速完成地形地貌等數(shù)據(jù)采集，通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理分析獲得重要指標(biāo)數(shù)據(jù)。無人機(jī)遙感技術(shù)用于開發(fā)項(xiàng)目建設(shè)水土保持監(jiān)測具有重要實(shí)用價值。

1水土保持監(jiān)測無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用

無人機(jī)遙感是利用通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)自動化快速獲取空間遙感信息，建模應(yīng)用分析的技術(shù)。無人機(jī)遙感通過無線電遙控設(shè)備進(jìn)行操控不載人飛行機(jī)，特點(diǎn)是用計(jì)算機(jī)對圖像信息處理，無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)。無人機(jī)遙感系統(tǒng)具有機(jī)動快速等優(yōu)勢，無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中應(yīng)用包括生產(chǎn)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測、國家水土保持重點(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

國家水土保持法要求生產(chǎn)建設(shè)單位自行開展水土保持監(jiān)測，生產(chǎn)建設(shè)活動具有占地面積大等特點(diǎn)，監(jiān)測單位難以通過傳統(tǒng)巡查方式完成監(jiān)測工作，無人機(jī)遙感具有實(shí)時性特點(diǎn)，成為建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測新技術(shù)手段[2]。監(jiān)測重點(diǎn)關(guān)注對象是水土保持措施，通過獲取DSM空間分辨率得到厘米級。通過無人機(jī)監(jiān)測可以協(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)測是政府組織開展工作，監(jiān)督性監(jiān)測由政府授權(quán)專業(yè)監(jiān)測機(jī)構(gòu)開展監(jiān)測，對生產(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)控檢查意見落實(shí)情況。

根據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測規(guī)程》，主要監(jiān)測任務(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)程對開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測內(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)測內(nèi)容包括取土棄土監(jiān)測等。通過無人機(jī)遙感可以監(jiān)測土地?cái)_動范圍面積，水土保持措施監(jiān)測。根據(jù)開發(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)地測量等方法。目前開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測普遍應(yīng)用調(diào)查監(jiān)測，使用工具調(diào)查項(xiàng)目區(qū)內(nèi)擾動類型面積。定點(diǎn)觀測是獲得項(xiàng)目區(qū)水土流失的必要手段，通過侵蝕溝樣方等方式進(jìn)行監(jiān)測。衛(wèi)星遙感航拍獲得影像處理后提取監(jiān)測數(shù)據(jù)指標(biāo)，當(dāng)前主要是衛(wèi)星遙感與無人機(jī)監(jiān)測等。

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)收圖描述是否一致、措施質(zhì)量是否合格等。無人機(jī)遙感系統(tǒng)實(shí)時全面特點(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，無人機(jī)遙感系統(tǒng)等可以快速準(zhǔn)確對災(zāi)害事件發(fā)生地點(diǎn)與受災(zāi)程度進(jìn)行評估，為受災(zāi)區(qū)域人員疏散轉(zhuǎn)移等提供決策支持。

國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，在繪圖軟件中對水土保持措施設(shè)計(jì)出圖。一些流域無法準(zhǔn)確對措施進(jìn)行空間布局，無法對措施圖斑進(jìn)行空間定位，為圖斑精細(xì)化管理帶來很多不便。可以在設(shè)計(jì)前以無人機(jī)遙感影像為基礎(chǔ)，對水土保持措施等現(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 無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用為水土保持監(jiān)測提供新的技術(shù)手段，無人機(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)測工作目前尚無成熟技術(shù)方案。該文針對鄂北地區(qū)水資源配置工程開展案例分析，評估無人機(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為水源線狀工程，干渠途徑襄陽市老河口市、孝感市大悟縣等地區(qū)。

2.1 無人機(jī)遙感技術(shù)監(jiān)測水土保持應(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無人機(jī)搭載小型4K相機(jī)[5]。

大疆精靈3是大獎科技公司推出微小型航拍無人機(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。云臺俯仰角為-90°～+30°，采用GPS/GLONASS雙模。無人機(jī)搭載小型4K相機(jī)像素1240萬，f/2.8焦點(diǎn)無窮遠(yuǎn)，視頻存儲最大碼流為60Mbps。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測無人機(jī)遙感技術(shù)流程包括監(jiān)測信息提取等步驟。案例工程為線狀，無人機(jī)可持續(xù)飛行時間有限[6]。飛行操作在自動航線設(shè)計(jì)中選擇，自動飛行高度固定為120m，手動操作飛行高度為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。基于DOM成果提取生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測信息，土地類型識別方法包括計(jì)算機(jī)自動分類，利用DOM成果直接提取監(jiān)測對象位置等信息[7]。

2.2 無人機(jī)遙感技術(shù)水土保持監(jiān)測結(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)自動識別具有更高處理效率，計(jì)算機(jī)自動分類存在明顯誤判，如苫蓋部分識別為植被。渠首開挖在地面下，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)測對象面積，16標(biāo)段進(jìn)口處施工生產(chǎn)區(qū)面積，明確給出1號渣場中2處苫蓋面積。基于構(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)測技術(shù)規(guī)程》，將提取信息用于擾動土地狀況監(jiān)測，水土保持措施監(jiān)測方面，為監(jiān)測成果提煉提供支撐。

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

3結(jié)語

無人機(jī)遙感技術(shù)用于水土保持監(jiān)測項(xiàng)目具有獨(dú)特優(yōu)勢，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)測成本。針對特定水土保持監(jiān)測項(xiàng)目可獲取多項(xiàng)指標(biāo)，無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)可全面應(yīng)用于水土保持監(jiān)測工作中。水資源配置工程線性生產(chǎn)項(xiàng)目進(jìn)行遙感監(jiān)測難度較大，可基于項(xiàng)目區(qū)衛(wèi)星遙感影像，通過后期數(shù)據(jù)分析開展。由于監(jiān)測結(jié)果用于實(shí)際受對象原始地表環(huán)境、飛行路線等多種因素影像，如何構(gòu)建簡便快速的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析方法有待探討。

參考文獻(xiàn)

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