無人機遙感技術在水土保持監(jiān)測中的應用

白峰 馬小真

摘 要 水土保持監(jiān)測是調整水土流失的基礎措施，也是國家生態(tài)文明建設決定和考核的重要依據。由于衛(wèi)星遙感影像大多數應用于大范圍監(jiān)測工作，影像質量受到云層、霧霾等自然因素的影響，導致影像分辨率未能達到實際要求，嚴重阻礙水土保持監(jiān)測實施。從總結和分析監(jiān)測數據、獲取水土保持生態(tài)建設基本監(jiān)測信息、獲取處理原始航拍信息及監(jiān)測水土流失等方面介紹了無人機遙感技術在水土保持監(jiān)測中的具體應用。

關鍵詞 無人機;遙感技術;水土保持監(jiān)測

中圖分類號：S157;S127 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.02.074

無人機遙感技術的出現為水土保持行業(yè)提供諸多便利。合理應用無人機遙感技術能夠拍攝出清晰圖像，無人機在空中不受任何影響準確獲取指定地區(qū)面積、體積等重要數據，對水土保持監(jiān)測技術未來發(fā)展產生積極影響[1]。

1 無人機遙感技術概述

1.1 概念

無人遙感技術主要包含GPS技術、無人機飛行技術、計算機技術，無人機遙感技術能夠對相關監(jiān)測設備進行相應管理，執(zhí)行監(jiān)測任務明顯增多，適用于很多復雜地勢，為工作人員監(jiān)測工作提供便利和幫助，及時發(fā)現觀察地區(qū)環(huán)境信息和地勢特點。因此，建模在分析和處理相關數據過程中充分體現出無人機遙感技術的優(yōu)勢和作用。

無人機遙感技術在應用中需要很多不同種類的設備，其主要包含飛行器、控制器等，飛行器具有電氣設備、航空設備平臺、動力設備等。該項技術在使用過程中借助控制臺管控飛行設備流程，通過觀察區(qū)域的水土相關信息對其進行采集，然后傳送到遙感監(jiān)測部門實行專門處理和調整，從而獲取完整水土數據。

無人機遙感技術在水土流失觀測過程中具有可靠性、有效性較強，拍攝范圍廣闊等特點。由于無人機遙感機身不大，在工作中體現出較強適應能力，可以適應地勢較低地區(qū)，對氣候溫度要求不高，在任何情況下都能保持正常工作。因此，只需根據實際情況對平臺進行良好控制，改善飛行器運作情況，就能對指定地區(qū)實現全方位監(jiān)測。

1.2 具體優(yōu)點

遙感技術是非接觸、遠距離的探測技術，其借助傳感器獲取地面相關數據，利用數字化方式得到所需產品，從而在水質動態(tài)監(jiān)測行業(yè)實現廣泛應用，獲取諸多相關成果。盡管如此，衛(wèi)星遙感影像依舊因云層而產生實際影響，導致影像數據采取期限、時間、分辨率等受限嚴重限制，不能對水質污染進行及時檢測。隨著科學技術不斷提升，無人機遙感技術也實現了廣泛應用。無人機遙感技術主要將無人飛行器作為承載設備，自身攝像功能、多元化成像技術等數字化設備在空中進行拍攝和觀察實際情況，收集地面信息數據。同時，借助遙感技術對影像信息獲取監(jiān)測數據。和傳統衛(wèi)星的航天遙感技術相比，無人機遙感技術可通過無人機在云層下飛行，完成云層下方拍攝，從而控制和改善衛(wèi)星光學遙感和普通航空攝像產生的不良影響和問題;其自身具有高效率、高分辨優(yōu)勢，也有穩(wěn)定的重復周期。因此，遙感技術利用自身靈活性強、體型小、消耗能量少、監(jiān)控范圍廣及成本低等優(yōu)勢在工作中發(fā)揮重要作用[2]。

1.3 特點

無人機遙感技術通過無人機對地面采集相關信息，借助計算機產生三維圖像，從而使整個系統發(fā)揮作用和優(yōu)勢，其技術主要表現在以下4個方面。1）拍攝具有高效準確性。如果無人機飛行高度在1 000 m內，收集地面信息的航拍準確度在0.5 m左右。2）應用成本較低。無人機在應用過程中自身體型較小，具有操作便利、構造簡單、飛行速度快等優(yōu)勢，體現出較強的適用能力。通常在飛行過程中，惡劣天氣不會對其運行造成較大影響，從而減少拍攝費用。3）操作快捷、可靠。在進行監(jiān)測過程中對外界沒有針對性要求，能夠實現快速提升，操作方便、快捷、簡單;同時，不會因外界不良天氣對其產生影響，具有較強安全性和可靠性。4）拍攝方便，具有較高分辨率。無人機能對飛行航線進行合理控制，借助相應要求在不同角度下進行拍攝，在對監(jiān)測范圍進行拍攝時可借助垂直方式采集相關信息;針對復雜構造選擇斜向方式采集細致化構造數據，促進成像顯現出更加清晰的效果。因此，通過無人機遙感技術自身優(yōu)勢，有效處理復雜構造間產生的相關問題，從而獲取完整影像信息和監(jiān)測圖像文件。

2 傳統監(jiān)測技術的相關問題

2.1 監(jiān)測范圍具有局限性

人工調整已經不適用新時代發(fā)展狀態(tài)，其對指定區(qū)域造成很大影響，只能在小范圍區(qū)域進行監(jiān)測，其問題大多數來源于人為因素，導致監(jiān)測準確度無法達到相應標準，不能發(fā)揮動態(tài)監(jiān)測作用。在對大區(qū)域進行監(jiān)測過程中，因人員數量嚴重缺失，未能將監(jiān)測人員進行合理分配，在對監(jiān)測區(qū)域內危險地帶進行監(jiān)測過程中，人力不能采集相應信息[3]。

2.2 采集信息方法單一化

1）嚴重缺少研究精力和成本，不利于監(jiān)測內容統一化、完整化，不利于社會文明建設、生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定。2）大多數設施儀器都會通過人工對其進行操作、應用，導致數據收集效率不高、準確度不可靠，不能對動態(tài)監(jiān)測進行實時記錄。因此，監(jiān)測技術不完善依舊是最主要的問題，需要對水土保持監(jiān)測數據采集技術進行升級，才能更好發(fā)揮其作用。

盡管無人機遙感技術從測試環(huán)節(jié)上升到工程應用，但其技術能力仍然發(fā)揮不了實質性作用，無法建立健全的監(jiān)測機制。因此，應當結合當前工作地區(qū)施工項目，借助無人機遙感技術快速獲取研究區(qū)域的相關信息，全面分析和研究地區(qū)監(jiān)測的所有內容，彌補傳統監(jiān)測技術缺失，有助于水土保持監(jiān)測機制向智能化、高效率和低成本方向邁進。

3 無人機遙感技術在水土監(jiān)測中的應用要點

3.1 獲取監(jiān)測數據

無人機遙感技術是當前較先進的遙感技術，應用效果會引導諸多專業(yè)人員對其進行關注和重視。為了避免該項技術在應用過程中出現不良損失和影響，操作人員在對其進行設計過程中需要做出詳情計算和程序編程。無人機遙感技術在進行水土監(jiān)測過程中，設計人員必須對無人機的運行軌道進行良好設計，防止意外情況的發(fā)生，從而產生不必要的經濟損失。在對當地情況進行具體分析和研究過程中，通過無人機運作對功能進行合理設計。同時，要對無人機工作區(qū)域的氣候和地勢進行詳情分析和調查，要求無人機在設計中不會因障礙物形成阻礙和影響。此外，操作人員需安排合適現場進行起飛測驗，保證無人機拍攝具有良好清晰性、事物辨別度等，通過相關技術進行相應改善和處理。無人機科學利用GPS定位系統對調查事物獲取準確定位，有效確定無人準確定位的具體位置，有助于工作人員對數據采取相應處理，獲取可靠信息數據，促進相關數據信息應用到工作中[4]。

3.2 遙測數據數字化

無人機遙感技術在應用過程中必須安排人員對相關數據進行處理。針對拍攝的實際圖像，工作人員必須將遙測拍攝到的原有數據進行初步處理和分析，其主要作用是對無人機攝像方位進行調整，有助于拍攝事物處理方式更具合理化，確保拍攝達到質量標準。工作人員在拍攝過程中需要將攝像頭調整到原來狀態(tài)，按照規(guī)定要求進行拍攝，保障攝像處理的數據都能達到最佳效果。通常情況下，事物在拍攝過程中需要對攝像機進行合理調整，保證攝影設備的實際參數和實際拍攝效果達成一致。此外，與實際定位系統產生實質性聯系，加強對GPS系統的相應分析和處理，保證攝影技術和三維定位相互協助，從而形成智能化

系統[5]。

4 無人機遙感技術在水土保持監(jiān)測中的具體應用

4.1 總結和分析監(jiān)測數據

在對水質信息監(jiān)測分析和處理中主要包含無人機遙感信息和地表監(jiān)測信息2方面。無人機遙感信息和多光感傳感器配置軟件將影像導出，通過輻射校正后得到光譜反射率數據。地面監(jiān)測數據具體包含水質自動監(jiān)測信息和人工勘測設備采集信息，自動監(jiān)測數據在監(jiān)測系統中保持持續(xù)檢測、保管和遠程傳送諸多水質信息，人工測點收集數據主要依靠信息化技術，通過信息技術收集相應模塊，有效對水質采集設備數據進行保管和上傳。無人機遙感水質檢測信息體系主要借助TCP/IP將無人機遙感信息和地表監(jiān)測信息傳送到監(jiān)測控管控部門，該部門對獲取的水質信息進行專門分析和處理，在相關應用平臺顯示，從而實現實時監(jiān)測效果。水質監(jiān)測信息的集成主要通過信息收集、數據處理、平臺系統等部分同時完成相應工作，監(jiān)測中心借助網絡平臺發(fā)送指令，平臺系統快速處理信息，產生信息處理工作，在發(fā)送情況下激活網絡迅速發(fā)出對應信息，這種方法不僅具有較強有效性，同時不會占據很多資源。

4.2 獲取水土保持生態(tài)建設基本監(jiān)測信息

研究水土保持生態(tài)建設監(jiān)測信息，其具體內容包含數據種類、監(jiān)測對象位置數據和長度、面積數據等，主要是借助正射影像得到相應數據。針對土地信息使用種類獲取方式，借助人工識別航片和規(guī)劃區(qū)域的方式完成數據獲取工作。1）針對具有獨特性地物，尤其是施工場地、植被等，需要人工對其作出有效診斷，或通過繪制矢量圖完成。2）主要針對監(jiān)測區(qū)域，在剛開始建設地表解釋圖標過程中，利用面向對象的方法，借助多尺度分割成像技術，計算出監(jiān)測對象的形狀數據，將數據進行有效整合，構建成規(guī)則集，對土地信息采取處理和分類。3）在提取監(jiān)測對象的位置時，結合地理信息系統并借助數字模型，直接獲取監(jiān)測對象指定位置信息。4）在獲取對象長度和面積過程中，利用土地應用類型獲取相應方法，通過人工區(qū)分方式，借助地被監(jiān)測對象長度進行準確測量，計算出相應面積。

4.3 獲取處理原始航拍信息

針對航拍無人機安裝的全球定位系統、觀測單元、應用水土保持生態(tài)建設監(jiān)測的獨特傳感器基礎上，航拍收集相關數據，從而獲取相應信息。同時，嚴格按照監(jiān)測條件，在無人機上裝置實時信息傳送設備。很多不同設備安裝完成后，借助無人機航拍獲取實際圖像信息，通過無人機獲取影像信息，還能得到無人機拍攝數據量、分辨率、高度等數據，并進行相應實時記錄，為遙感影像提供良好幫助。

4.4 監(jiān)測水土流失

水土流失一直保持動態(tài)性變化，相關人員需要結合實際情況應用合理監(jiān)測方法，有助于遙感技術適用于預防水土流失。由于衛(wèi)星遙感影像和監(jiān)測功能不同，其兩者特點也存在明顯不同。借助氣象衛(wèi)星進行大范圍地面監(jiān)測，對其時間提出高要求，以減少處理信息成本。同時，像元反映的數據具有較強地區(qū)特點，大多數適用于范圍大、植被覆蓋茂密的地區(qū)。經對比，衛(wèi)星資源自身具有很多優(yōu)勢，不僅可以獲取更多地表信息，還能延長應用時間，獲取準確數據。要想達到水土流失監(jiān)測需求，在水土保持監(jiān)測中可利用工程項目地區(qū)的遙感影像發(fā)揮重要作用，借助GPS監(jiān)測項目位置的地形、氣候、土地使用等情況，將遙感影像和其他數據變化發(fā)揮實際作用，創(chuàng)建完整的水土流失數字模型和對應的監(jiān)測數據區(qū)域，結合監(jiān)測結果獲取相應信息，為水土流失監(jiān)測信息的精確性奠定基礎。

5 結語

隨著科學技術的不斷提升，信息化技術快速發(fā)展，水土保持高質量監(jiān)測的同時，沿著智能化方向邁進。無人機遙感技術不僅能改善傳統監(jiān)測方法，還能提升項目監(jiān)測的準確性和自動化水平。根據實際情況，借助無人機遙感技術在規(guī)定區(qū)域實現信息采集工作，深層研究各方面監(jiān)測內容，調整傳統監(jiān)測技術，從根本上解決相關問題，為水土保持監(jiān)測領域的智能化發(fā)展奠定基礎。

參考文獻：

[1] 曾宏琦，文承榮.無人機遙感技術在開發(fā)建設項目水土保持監(jiān)測中的應用[J].廣東水利水電，2019（8）：91-95.

[2] 謝金亮，劉慧芳.無人機遙感在生態(tài)修復中的應用[J].有色冶金節(jié)能，2019，35（5）：40-43.

[3] 王新，陳武，汪榮勝，等.淺論低空無人機遙感技術在水利相關領域中的應用前景[J].浙江水利科技，2010（6）：27-29.

[4] 舒瑩.無人機遙感技術在水土保持中的應用[J].中國高新科技，2020（7）：77-78.

[5] 卞雪.基于無人機低空遙感影像可見光波段的植被覆蓋率研究[D].南京：南京農業(yè)大學，2017.

（責任編輯：張春雨）

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