基于无人机遥感技术的水土保持工程分析

白翠霞

摘要：近年来无人机遥感技术取得飞速发展，具有时效性强等特点，无人机遥感技术应用于水土保持监测中具有实践意义。目前无人机遥感技术在水土保持监测中应用未形成统一方法。该文以鄂北地区水资源配置工程为例，从基本监测信息提取等方面开展实例分析。将提取信息应用于案例水土保持监测工作，无人机监测结果表明满足相关技术要求，成果为无人机遥感技术的应用提供方法借鉴。

关键词：无人机遥感技术水土保持监测

中图分类号：S157文献标识码：A        文章编号：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

遙感技术使得水土保持信息获取高效。无人机遥感技术具有明显优势，可以快速完成地形地貌等数据采集，通过内业数据处理分析获得重要指标数据。无人机遥感技术用于开发项目建设水土保持监测具有重要实用价值。

1水土保持监测无人机遥感技术应用

无人机遥感是利用通信技术等实现自动化快速获取空间遥感信息，建模应用分析的技术。无人机遥感通过无线电遥控设备进行操控不载人飞行机，特点是用计算机对图像信息处理，无人机系统结构简单，适用于有人飞机不宜执行的任务。无人机遥感系统具有机动快速等优势，无人机遥感技术在水土保持监测中应用包括生产项目水土保持监测、国家水土保持重点工程精细化管理等领域[1]。

1.1 建设项目水土保持监管

国家水土保持法要求生产建设单位自行开展水土保持监测，生产建设活动具有占地面积大等特点，监测单位难以通过传统巡查方式完成监测工作，无人机遥感具有实时性特点，成为建设项目水土保持监测新技术手段[2]。监测重点关注对象是水土保持措施，通过获取DSM空间分辨率得到厘米级。通过无人机监测可以协助建设单位落实水土保持制度，生产建设项目水土保持监管包括监督性监测与天地一体化监管。生产建设项目水土保持监督性监测是政府组织开展工作，监督性监测由政府授权专业监测机构开展监测，对生产建设项目水土保持方案实施情况监控，跟踪监控检查意见落实情况。

根据《生产建设项目水土保持监测规程》，主要监测任务包括掌握项目水土流失情况，监督加强水土保持设计施工;及时发现水土流失隐患，为水土保持监管提供技术依据。规程对开发建设项目水土保持监测内容做出明确要求，实施要求频率精度等具有具体规范，主要监测内容包括取土弃土监测等。通过无人机遥感可以监测土地扰动范围面积，水土保持措施监测。根据开发建设项目特点分为点线型项目，如道路建设等线性分布。建设项目引起水土流失具有相似特点，如引发水土流失因素众多，水土流失强度随时间变化等。规程规定点状项目水土流失防治责任范围小于100 hm2采用实地测量等方法。目前开发建设项目水土保持监测普遍应用调查监测，使用工具调查项目区内扰动类型面积。定点观测是获得项目区水土流失的必要手段，通过侵蚀沟样方等方式进行监测。卫星遥感航拍获得影像处理后提取监测数据指标，当前主要是卫星遥感与无人机监测等。

1.2 水土保持其他方面应用

按照水土保持信息化工作实施计划，各流域机构对重点工程实施精细化管理，重点抽查图斑现状措施、竣工验收图描述是否一致、措施质量是否合格等。无人机遥感系统实时全面特点为重点工程项目建设核查提供技术支撑。水土保持中无人机在小流域综合治理初步设计、水土保持方案编制、水土保持设施验收等方面应用广泛。典型水土流失危害表现形式有滑坡泥石流等，无人机遥感系统等可以快速准确对灾害事件发生地点与受灾程度进行评估，为受灾区域人员疏散转移等提供决策支持。

国家水土保持小流域综合治理工程实施要完成初步设计，要获取林草植被覆盖度等情况，传统方法是野外调查获取流域背景资料，在绘图软件中对水土保持措施设计出图。一些流域无法准确对措施进行空间布局，無法对措施图斑进行空间定位，为图斑精细化管理带来很多不便。可以在设计前以无人机遥感影像为基础，对水土保持措施等现状进行计算。按《水利工程制图标准水土保持图》相关要求，采用无人机交互方法绘制水土保持措施图斑，保证各项措施类型符合流域地形地貌。无人机遥感技术应用避免传统方法导致防治措施布局不合理情况，在典型小流域综合治理设计中扮演重要角色[3]。

2 无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

无人机遥感技术应用为水土保持监测提供新的技术手段，无人机遥感技术可以提供定制化服务，如何切实用于水土保持监测工作目前尚无成熟技术方案。该文针对鄂北地区水资源配置工程开展案例分析，评估无人机遥感技术的应用效果[4]。鄂北地区水资源配置工程以丹江口水库为水源线状工程，干渠途径襄阳市老河口市、孝感市大悟县等地区。

2.1 无人机遥感技术监测水土保持应用

研究区主要为低山丘陵与河谷平原地形，主要为岗波状平原;东北边为桐柏山地，为低山蔓延的丘陵。全线垄岗丘陵相间，工程划分为主体工程取、排洪建筑物区、存料场区及施工生产生活区等。永久建设占地341.85hm2，区域内土壤类型以水稻土为主，土壤侵蚀形态以面蚀为主。鄂北地区水资源配置工程为线状，实验选择典型地区实施航拍，航拍采用设备为大疆精灵3无人机搭载小型4K相机[5]。

大疆精灵3是大奖科技公司推出微小型航拍无人机，采用四旋翼飞行棋，悬停高度为垂直+/-0.5m，最大升速为5m/s，最大水平飞速为16m/s。云台俯仰角为-90°～+30°，采用GPS/GLONASS双模。无人机搭载小型4K相机像素1240万，f/2.8焦点无穷远，视频存储最大码流为60Mbps。生产建设项目水土保持监测无人机遥感技术流程包括监测信息提取等步骤。案例工程为线状，无人机可持续飞行时间有限[6]。飞行操作在自动航线设计中选择，自动飞行高度固定为120m，手动操作飞行高度为100m。航片重叠度不低于50%。拍摄有效影像总数84张，照片拍摄后使用App软件处理。基于DOM成果提取生产建设项目水土保持监测信息，土地类型识别方法包括计算机自动分类，利用DOM成果直接提取监测对象位置等信息[7]。

2.2 无人机遥感技术水土保持监测结果

分析典型区域DOM成果，区域DOM水平精度达0.05m。计算机自动识别具有更高处理效率，计算机自动分类存在明显误判，如苫盖部分识别为植被。渠首开挖在地面下，利用DOM成果获取位置信息，渠首高程为200.83m。分析案例工程典型区不同监测对象面积，16标段进口处施工生产区面积，明确给出1号渣场中2处苫盖面积。基于构建项目区三维模型实现漫游。根据《水土保持监测技术规程》，将提取信息用于扰动土地状况监测，水土保持措施监测方面，为监测成果提炼提供支撑。

生产建设项目水土保持监测传统方法包括定位监测等，无人机遥感监测分析结果对比传统方法，传统监测方法主要是现场测量法。手持GPS仪器单点定位精度5m，测距高仪采用尼康望远镜COOLSHOT40i测距+测高仪。直线距离精度为0.75m。无人机监测结果大多控制在10%的差异内，施工生产区扰动地表面积无人机监测值差异小于传统方法监测值，无人机监测结果计算将原始地面假定为平面。渣场临时苫盖措施无人机监测值小于传统计量值。

3结语

无人机遥感技术用于水土保持监测项目具有独特优势，该文从水土保持基本信息提取方面分析技术操作性，得到案例工程典型区域水土保持措施落实情况等。大型线性工程减少人工监测成本。针对特定水土保持监测项目可获取多项指标，无人机监测技术可全面应用于水土保持监测工作中。水资源配置工程线性生产项目进行遥感监测难度较大，可基于项目区卫星遥感影像，通过后期数据分析开展。由于监测结果用于实际受对象原始地表环境、飞行路线等多种因素影像，如何构建简便快速的监测数据分析方法有待探讨。

参考文献

[1]  杨晓娟，宋振振，李飞，等.无人机遥感技术在线型工程水土保持监测中的应用[J].安徽农业科学，2020，48（19）：222-226.

[2]  李云喜.无人机遥感在水土保持领域的应用研究[J].农业科技与信息，2020（7）：57-58.

[3]  舒莹.无人机遥感技术在水土保持中的应用[J].中国高新科技，2020（7）：77-78.

[4] 郭兴健.基于无人机--卫星遥感--模型的典型区生态系统土壤保持服务研究[D].北京：中国科学院大学，2020.

[5] 卞雪.基于无人机低空遥感影像可见光波段的植被覆盖率研究[D].江苏：南京农业大学，2017.

[6]  马倩.基于无人机遥感技术的作物分布信息提取方法研究[D].北京：中国科学院大学（中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心），2021.