无人机倾斜摄影技术在小流域综合治理中的应用

康开霞 李银娟

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司,甘肃 兰州 730000）

在小流域综合治理过程中，需要收集区域的基础数据，明确当前小流域区域的真实情况，资料收集技术显得尤为重要。在传统的工作模式中，主要采用卫星遥感技术进行收集，卫星遥感数据通常适合在大尺度流域规划中应用，在小流域综合治理中应用时，因为分辨率较低、更新周期较长等弊端无法有效满足实际需求，所以需要对资料收集技术进行优化。基于此，无人机倾斜摄影技术逐渐被应用，能够很好地满足小流域综合治理工作需要。本文以甘肃某小流域的治理工作为例，阐述了无人机倾斜摄影技术的运用方式以及该流域的具体治理方案。

1 无人机倾斜摄影技术的基本概念

无人机倾斜摄影技术的核心是通过传感器的装载对摄影角度进行合理分配，其中四个摄影角度需要规定设置，另一个设置成垂直角度[1]，从多个角度开展摄影工作，能够对摄影设备所搭载的飞行设备的多种参数进行实时监测，可在飞行设备参数出现问题时对参数进行实时调整。倾斜摄影测量技术一般由三个部分组成：POS系统、飞行设备和倾斜摄影设备[2]。POS系统是倾斜摄影设备所搭载的系统，能够实现对被测量区域测绘信息实施跟踪和收集，并对被测量区域测绘摄影中心的核心坐标以及飞行设备的飞行状态进行记录[3]。飞行设备的作用是搭载倾斜摄影设备，协助相关设备进行拍摄，按照预定的航线进行飞行，从而实现实时拍摄[4]。

2 无人机倾斜摄影技术在小流域综合治理中的应用优势

随着我国小流域综合治理工作力度不断加大，为了能够全面提高综合治理工作质量，关于小流域的测绘技术研究相继开展，将无人机倾斜摄影技术应用在小流域信息收集工作中，能够有效提高信息收集的准确性和效率，降低小流域信息收集成本。

2.1 提升小流域信息收集准确性和效率

无人机倾斜摄影技术还可以测量出小流域内各实物的具体参数信息，从而提高小流域测绘信息收集的准确性[5]。无人机倾斜摄影技术能够对被测绘小流域的准确坐标和外部特征进行全面的收集和呈现，进而为接下来的三维建模工作打下良好的基础，为三维建模工作提供更加全面且准确的数据支持，使得小流域测绘工作的效率有显著的提高。

2.2 降低小流域信息收集成本

无人机倾斜摄影技术的运用流程较为简单，工作人员只需通过简单的操作就能够对小流域的数据和信息进行全方位的收集，能有效降低小流域信息收集工作的成本。通过无人机搭载倾斜摄影设备，对小流域进行多个角度的数据收集，将数据传输到三维建模系统，能有效降低工作人员的作业强度，从而减少人力消耗，使测绘工作的成本能得到更好的控制。

3 小流域综合治理中无人机倾斜摄影技术的具体应用方式

将无人机倾斜摄影技术应用在小流域综合治理工作中，主要是获取小流域的真实数据情况，构建小流域三维模型以及地形图，从而为后续的植树造林等管理工作提供数据支持，故需要明确无人机倾斜摄影技术在小流域综合治理中的正确应用方式。本文结合相关的实践工作经验，总结了无人机倾斜摄影技术在小流域综合治理中的应用方式。

3.1 小流域测量准备工作

第一，在对小流域进行测量之前，工作人员需要做好全面且详细的前期准备工作，防止因准备不充分而耽误测绘工作进程或对测量结果的准确性造成影响。在使用无人机倾斜摄影技术之前，需要对无人机设备、POS系统及摄影设备进行全面检查，飞行设备中使用的无人机需要提前向有关部门进行报备。在使用无人机之前，需要安排工作人员进行试飞工作，检查无人机是否可以正常运行，防止无人机出现故障进而影响小流域测量结果的准确性。第二，小流域测量工作需要配备完善的管理制度，检测人员、技术人员必须严格按照小流域测量流程和规范进行操作，并主动邀请监督部门到小流域测量现场进行航拍监督和管理。第三，在使用无人机倾斜摄影技术时，需要布设合理的像控点。因此，工作人员需到小流域场地认真开展前期调查工作，按照被测量小流域的实际情况选择科学的像控点，保证像控点布置成平高点。此外，工作人员也要正确掌握测绘的整体流程，掌握无人机的飞行线路，从而能够确保各个像控点布置均匀、合理。需要注意的是，像控点的布置要将被测量小流域的整体包围起来，防止出现被测量小流域有部分区域无法被拍摄到的情况，这样才能获取被测量小流域整体的信息，保障测量结果的全面性。

3.2 小流域测量质量控制

无人机倾斜摄影技术是通过无人机来进行小流域测量工作，所以在测量过程中需要严格把控测量质量。通过无人机对小流域进行测量时，可以结合GPS、GIS等技术加以辅助，提高测量工作的效率和测量结果的准确性。在实际测量的过程中，要利用无人机来掌握影响数据质量的因素，要确保在光线均匀、无遮挡的基础上开展测量工作，防止因外部因素对测量结果的准确性造成影响[5]。其次，要确保通过无人机倾斜摄影技术拍摄出清晰的影像，对于各种地物要能够直观地辨认，能够绘制多种地物的轮廓，还要使相邻影像之间相同地物色调保持一致，摄影区的影像色调效果要保持均匀。为了进一步提高测量工作的整体质量，需要结合天气情况、阳光照射强度等对曝光参数进行调整，使曝光参数与光照强度相匹配，从而有效地防止出现影像不清晰的问题[6]。当无人机倾斜摄影测量结束之后，要通过飞行管理软件对所获取的小流域摄影站点GPS坐标数据进行处理和分析，如果发现所获取的影像坐标与设计的飞行路线不符时，需重新拍摄，补足遗漏的拍摄点，并将所收集到的小流域测量数据尽快保存和处理，将小流域测量工作质量报告交由质量管控人员进行查验，如果发现存在问题，应立即进行相应的调整。

3.3 倾斜摄影测量数据处理

倾斜摄影测量数据处理是保证数据和信息准确性、实效性的基础性工作。通过对需要测量的小流域场地区域、界址点进行确定，再结合全站仪对小流域的测量数据进行采集，之后记录所测量的数据，再进行数据对比，就能够有效判断出测量结果的准确性[7]。通过三维建模的应用，能够对所测量的数据进行完整的建模，并呈现出建模的细节，还可以借助三维激光扫描技术，对数据信息的准确性进行判断。无人机倾斜摄影测量技术在数据处理方面有着明显的优势，能够有效提高小流域测量数据的准确性，从而更加清晰地反映当前小流域存在的具体问题。

4 小流域综合治理有效措施

通过采用上述方法收集小流域的真实数据，能够获取当前小流域的各项基础信息，如土地利用情况、植被覆盖情况以及坡度等，从而开展小流域综合治理工作。本文以位于甘肃省临洮县的小流域作为研究对象，项目名称暂定为“临洮县站沟小流域”，该小流域内植被稀少，水土流失问题严重，已经严重威胁到当地的生态环境质量，为了保护当地生态环境，需要做好水土保持、植树造林、植草等工作。为了提高工作质量，需要明确该小流域的现状，所以需要采用无人机倾斜摄影技术对小流域的具体情况进行调查，收集详细的数据，为后续的林地设计等工作提供科学指导。

4.1 结合土地利用现状调查结果，做好植树造林规划

土地利用现状调查是开展小流域综合治理工作的基础。在小流域土地利用现状调查工作中，采用ArcGIS软件将正射像成果导入后创建线图层。由于无人机倾斜摄影技术所获取的正射影像分辨率能够达到厘米级别，能够按照小流域不同土地利用现状在正射影像实际显示边界进行图层覆盖，从而形成土地利用现状的基础图斑；在ArcGIS软件的空间数据中通过解释标志对应的图斑进行属性赋值，能够获得小流域土地利用类型以及空间分布等多项基础信息，对不同属性土地利用现状图斑进行上色，可得到当前小流域土地利用现状图[8]。根据土地利用现状调查结果，该小流域主要由灌绵土、黑麻土、灰白土及高山草甸土组成，项目区域属于半干旱草原植被带，天然植被以禾本科和菊科为主，常形成由厚穗冰草、本氏羽茅、针茅、冷蒿、黄蒿、羊草、骆驼蓬等组成的稀疏群落。当前保存的人工种草主要是紫花苜蓿，流域内无天然林分布，保存的人工水保林树种以柠条、沙棘、桦树、杨树、柽柳为主，并有少量的榆树、柳树、油松等，主要分布在梁峁坡和沟道上游，项目区林草覆盖率34.96%。同时，根据无人机倾斜摄影技术测量结果，该小流域阴坡、阳坡、半阴坡、半阳坡的整体坡度在5°～25°。结合无人机倾斜摄影技术所收集的数据，对种植树种进行选择，本次小流域治理中所采用的树种主要包括油松、云杉、刺槐、紫叶李、古槐、沙棘、柠条等[9]。

4.2 依据摄影结果合理选择树种

通过采用无人机倾斜摄影技术，获取该小流域的地形信息、坡度信息、土壤信息、水文信息以及其他信息，结合小流域的气候等其他信息，通过对小流域内的信息分析，能够为小流域治理中植树造林选种工作提供支持。在本次综合治理工作中，按照无人机倾斜摄影获得的结果，树种及苗木选择方案如下：（1）苗木规格。云杉苗选用≥3年生移植苗木，苗高1.0～1.2 m，土球直径＞25 cm，要求苗木根系发达，生长健壮，无病虫害；油松苗选用≥3 年生移植苗木，苗高1.0～1.2 m，土球直径＞25 cm，要求苗木根系发达，生长健壮，无病虫害；紫叶李、刺槐、国槐选用一级苗，地径3～5 cm，定杆苗高1.5 m，生长良好，无病虫害；沙棘选用一年生移植苗，苗高≥80 cm，生长良好，无病虫害；柠条选用一级种，种子要求新鲜饱满、纯度95%以上、发芽率90%以上。（2）苗木质量。选用种子活力强，整齐度高，发芽率及种子净度达到95%的草种，播种前进行种子发芽试验，若发芽率达不到要求，应适当加大播种量，从而保证种植效果。

4.3 根据倾斜摄影结构，合理规划种植密度

通过采用无人机倾斜摄影技术，使得本次小流域治理中的各项信息更加明确，从而能够对植树密度进行合理规划。造林密度的确定是以造林目的、树种特性、立地条件等为依据。造林密度的大小，直接影响着幼林的郁闭及林木的生长与分化。按照无人机倾斜摄影技术所收集的数据，本次小流域治理中植树密度设计为：乔木纯林（油松）株行距为3 m×3 m，造林密度为1111株/ hm2；乔木纯林（云杉）株行距为3 m×3 m，乔木纯林（紫叶李）株行距为2 m×3 m，造林密度为1667株/ hm2，乔木纯林（国槐）株行距为2 m×3 m，造林密度为1667株/ hm2，乔木混交林（云杉+刺槐）的布置形式为行间1:1混交，株行距为2 m×3 m，造林密度1667株/ hm2，乔木混交林（云杉+油松）的布置形式为行间1:1混交，株行距为2 m×3 m，造林密度1667株/ hm2，采用品字形规则造林，根据地形、坡度、坡向进行苗木配置，上部坡度较缓部位主要以乔木树种为主，在坡脚以上陡坡全长的2/3为止上缘选择萌孽性强的树种，条件好的地方可撒播灌木树种的种子。

4.4 采用无人机倾斜摄影技术进行实时监测

在确定小流域综合治理方法后，需要对方案的具体实施进行监测，从而确保设计方案能够落实，在该过程中可以采用无人机倾斜摄影技术对其进行实时监控，该技术还能够实现对小流域内的调查[10]。例如，在林木检查方面，在每年秋后需要对新种植的苗木进行调查，明确栽植成活率，评定栽植质量，确定补植或者重新栽植的地块和面积，在该过程中就可以应用无人机倾斜摄影技术，相比于传统的调查技术而言，能够有效提高调查工作效率；根据无人机倾斜摄影技术的调查结果能够明确当前林木的长势，从而有利于开展抚育管理工作，根据影像显示的林木生长情况进行修枝、整形等抚育工作。春季剪除密枝、枯枝和过长枝；修剪后施肥一次，以利于萌发新枝；随时剪除砧木上的蘖芽，以免影响树形。雨后注意排水。夏秋季高温、干旱时，防止土壤开裂，及时灌水补充、防治蚜虫和红蜘蛛危害。同时，结合无人机倾斜摄影技术所获取的影像，能够明确当前小流域中林木密度，并根据林木密度进行补植，从而能够有效提高小流域综合治理效果。通过结合无人机倾斜摄影技术对种植密度进行调整，能够有效提升林木存活率，防止种植密度不够科学的问题发生，从而恢复当地植被生态系统，全面提升小流域综合治理工作质量。

4.5 无人机倾斜摄影技术在后期管护中的应用

后期管护是促进小流域治理工作质量提高的关键所在。在林木种植完成后，为了提高后期管护工作科学性，需要结合无人机倾斜摄影技术开展相关的管理工作。第一，通过无人机倾斜摄影技术获取小流域内的灌溉水源信息，并根据地形等设计渠道、蓄水池等修建工作，从而能够保证就近取水，能够提高林地灌溉工程设计质量。第二，根部不同林木品种易发病虫害的基本特点，利用无人机倾斜摄影技术对病虫害发生情况进行监测，通过传回的林木影像，则能够明确当前林场中是否存在病虫害问题，从而构建完善的林木病虫害监测体系。在该过程中无人机倾斜摄影技术具有良好的应用效果，能够提早发现林木病虫害问题，从而实现对林木病虫害的科学管控。第三，在日常的林场巡视工作中，采用无人机倾斜摄影技术，利用无人机能够在低空飞行的特点，扩大巡视范围，实时传输林场的实际情况影像，能有效提高林场后期管护工作效率，使得无人机倾斜摄影技术的优势得以全面发挥，代替人工完成林场巡视工作，在小流域治理工作中具有重要的作用。

5 结语

本文全面阐述了无人机倾斜摄影技术的基本概念，对无人机倾斜摄影技术在小流域综合治理中的应用优势进行分析，同时阐明了无人机倾斜摄影技术的具体应用和操作方式，并结合甘肃某小流域综合治理工程对该技术的应用方法等方面进行分析，以期对我国小流域综合治理工作起到一定的借鉴作用，不断提升小流域综合治理工作质量，助力小流域综合治理关键技术的创新与发展。