無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用

楊志軍 魚海霞

摘要 隨著科技的不斷發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。水土保持監(jiān)測工作應(yīng)用無人機(jī)技術(shù)不僅能夠提高監(jiān)測效率，還能有效提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過對無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析，希望為今后水土保持監(jiān)測遙感技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞 無人機(jī)技術(shù);水土保持;無人機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)測

中圖分類號：V279+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）01–0171–02

無人機(jī)技術(shù)具有強(qiáng)大的適應(yīng)能力，可以完成多數(shù)監(jiān)測任務(wù)，能在監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。在水土保持監(jiān)測工作中，同樣可以利用無人機(jī)技術(shù)提高監(jiān)測質(zhì)量，并通過動(dòng)態(tài)監(jiān)測的方式實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息。因此，對無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行研究具有重要意義。

1 無人機(jī)技術(shù)與水土保持監(jiān)測技術(shù)分析

隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市生態(tài)環(huán)境受到影響，部分地區(qū)水土流失現(xiàn)象日益加劇，生態(tài)環(huán)境的惡化會(huì)給人類的正常生活帶來嚴(yán)重影響。因此，需要對水土保持進(jìn)行合理監(jiān)測，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，為水土保持工作提供科學(xué)的數(shù)據(jù)信息，增強(qiáng)水土保持的科學(xué)性。目前，我國水土保持監(jiān)測技術(shù)依然存在效率低、精度低等問題，需要結(jié)合無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)，提高水土保持的監(jiān)測質(zhì)量，提高環(huán)境監(jiān)測的效率。

無人機(jī)技術(shù)是結(jié)合無人飛行、計(jì)算機(jī)以及GPS等多種技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)捕捉地形地貌等環(huán)境數(shù)據(jù)的一門監(jiān)測技術(shù)[1]。在無人機(jī)飛行過程中，可以利用各種功能和種類不同的傳感器高效采集不同的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，無論是在地籍測繪還是在水利工程等領(lǐng)域，都能夠發(fā)揮出良好的數(shù)據(jù)采集作用。無人機(jī)技術(shù)可通過低空航拍的方式完成地表數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)整理和共享數(shù)據(jù)信息。無人機(jī)技術(shù)的主要特點(diǎn)如下：第一，精度高。無人機(jī)在低空航拍時(shí)的拍攝精度能達(dá)到0.1 m，精度完全可以得到保障;第二，成本低、可操作性強(qiáng)。無人機(jī)空中作業(yè)十分靈活，不受航線的制約，即使面對各種惡劣天氣，同樣具有良好的表現(xiàn)，且無人機(jī)造價(jià)相對較低，不會(huì)大幅增加成本;第三，安全性高。無人機(jī)在實(shí)際使用中不需要特定的升降平臺，整體操作方式較為簡單，對天氣的適應(yīng)性強(qiáng)，即便處于寒冷的冬天或炎熱的夏天，依然能夠保證監(jiān)測效果，且監(jiān)測途中遇到突發(fā)情況，也不會(huì)導(dǎo)致人員出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷;第四，拍攝范圍廣。無人機(jī)在飛行期間可以豎向、斜向拍攝，拍攝角度廣闊。通過無人機(jī)技術(shù)來完成水土保持的動(dòng)態(tài)監(jiān)測任務(wù)，可以有效提高拍攝分辨率，獲取完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息[2]。

2 無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的航空攝影受航拍平臺及傳感器的限制，在采集小面積或大比例的數(shù)據(jù)時(shí)，存在測量成本偏高、測量時(shí)間長等問題，而利用無人機(jī)進(jìn)行航拍監(jiān)測，可以保障測量成本及測量數(shù)據(jù)。因此，使用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行小面積區(qū)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測將成為水土保持測量的主要方式，通過無人機(jī)開展低空航拍也是水土保持測量的一種發(fā)展趨勢。無人機(jī)技術(shù)在水土保持測量工作中存在以下優(yōu)勢：第一，超低空航拍。無人機(jī)能夠完成云下飛行航拍，不會(huì)因云層遮擋而影響拍攝測量效果，且通過低空接近拍攝目標(biāo)，能獲取更為精確的數(shù)據(jù)信息，完成多角度的數(shù)據(jù)采集。第二，測量數(shù)據(jù)質(zhì)量高。利用無人機(jī)技術(shù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)能夠在軟件中實(shí)現(xiàn)快速分析、整合，快速獲取監(jiān)測結(jié)果[3]。此外，無人機(jī)航拍還能有效彌補(bǔ)常規(guī)測量技術(shù)的不足，在應(yīng)急工程以及工程局部實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)觀測，大幅提升水土保持監(jiān)測質(zhì)量。

3 水土保持監(jiān)測中無人機(jī)技術(shù)的運(yùn)用分析

3.1 水土保持的監(jiān)測內(nèi)容

3.1.1 監(jiān)測水土流失的影響因素 無人機(jī)技術(shù)能夠完成針對水土流失影響因素的高效監(jiān)管，找出水土流失的原因，控制水土流失。使用無人機(jī)航測可以高效、精準(zhǔn)地測量出監(jiān)測區(qū)域的水文、氣候、地貌等地理信息，幫助相關(guān)人員及時(shí)掌握土體擾動(dòng)情況及開挖深度等一系列數(shù)據(jù)。

3.1.2 監(jiān)測水土流失的危害情況 水土流失會(huì)對周圍的自然生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，可以利用無人機(jī)技術(shù)加強(qiáng)水土流失監(jiān)測，及時(shí)掌握其危害情況，避免水土流失造成的危害進(jìn)一步擴(kuò)大。在水土流失監(jiān)測過程中，可利用無人機(jī)技術(shù)對高陡邊坡、壩體斜坡等容易造成水土流失的區(qū)域進(jìn)行全面監(jiān)測，及時(shí)掌握水土流失情況，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，有效降低水土流失帶來的危害。

3.1.3 監(jiān)測水土流失防治效果 通過加強(qiáng)邊坡防護(hù)、栽種植被等方式可防護(hù)水土流失，降低水土流失帶來的危害。無人機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測植被成活率、邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握水土保持工程的防治情況，提高水土流失的防治效果。

3.2 無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)的運(yùn)用

在正式開展無人機(jī)監(jiān)測工作之前，需要將測量區(qū)域的地貌情況作為基礎(chǔ)來明確航拍監(jiān)測體系。航拍監(jiān)測體系中需要同時(shí)包括飛行路線、高度及航拍空域間隔等基礎(chǔ)指標(biāo)，以此保證無人機(jī)監(jiān)測成像時(shí)的精確度。確定無人機(jī)監(jiān)測方案之后，應(yīng)結(jié)合水土保持的監(jiān)測需求選擇攝影處理軟件，提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。例如，以ERDAS為基礎(chǔ)的LPS，可以在數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮出良好效果，因?yàn)長PS在使用過程中操作簡單、精確度高，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入軟件之后可自行分析出最終結(jié)果，從而提高無人機(jī)監(jiān)測的工作效率，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.3 應(yīng)用結(jié)果分析

某地區(qū)利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行水土保持監(jiān)測工作，得出了水土流失動(dòng)態(tài)變化情況。在監(jiān)測過程中利用平面圖與三維模型統(tǒng)計(jì)出擾動(dòng)區(qū)域的面積數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算機(jī)開展原始數(shù)據(jù)翻譯，求出植被的覆蓋程度，并對數(shù)字高層模型數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析，結(jié)合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)明確土壤的侵蝕等級。通過插值法對土石方場地控制點(diǎn)進(jìn)行處理后得出數(shù)字高層模型，將其與工程地貌相結(jié)合計(jì)算出場地堆放量。

分析原始數(shù)據(jù)可得出為降低水土流失而實(shí)施的綠化工程面積，掌握植被覆蓋率。在無人機(jī)航拍期間，還可以適當(dāng)結(jié)合傳統(tǒng)監(jiān)測方式完成水土流失治理率等指標(biāo)的監(jiān)測，優(yōu)化數(shù)據(jù)監(jiān)測質(zhì)量。結(jié)合監(jiān)測前后的治理效果數(shù)據(jù)，可以掌握水土保持項(xiàng)目的開展情況，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行輸出，便可以完成數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，并對水土保持項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收。此外，可以適當(dāng)結(jié)合數(shù)字高層模型對平面圖進(jìn)行完善，通過合理擴(kuò)大比例尺，詳細(xì)展示水土保持項(xiàng)目及監(jiān)管期間存在的不足之處，進(jìn)行針對性優(yōu)化。水土保持作為水利工程中極為重要的一環(huán)，其項(xiàng)目監(jiān)測結(jié)果將會(huì)帶來非常重要的影響，而利用無人機(jī)技術(shù)開展監(jiān)測工作則能夠有效提高監(jiān)測效率與質(zhì)量，避免水土流失造成的影響進(jìn)一步擴(kuò)大。而且無人機(jī)技術(shù)能夠有效降低監(jiān)測成本，使水土保持監(jiān)測的技術(shù)變得更加完善。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)監(jiān)測方式受氣候、地理等條件的制約，無論精確度還是監(jiān)測效率都無法能滿足需求。無人機(jī)技術(shù)因其特有的優(yōu)勢在水土保持監(jiān)測工作中起著重要作用。隨著科技的不斷發(fā)展，無人機(jī)監(jiān)測技術(shù)會(huì)變得更加完善，從而有效提高水土保持監(jiān)測工作質(zhì)量及信息化水平，對推動(dòng)相關(guān)行業(yè)進(jìn)步、建設(shè)良好生態(tài)環(huán)境具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫洋.無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)， 2017（6）： 89-92.

[2] 丁宗銀.無人機(jī)遙感技術(shù)在水土保持中的應(yīng)用[J].清洗世界，2020，36（7）：58-59.

[3] 馬利蘋，程輝.水土保持監(jiān)管中的高分遙感以及無人機(jī)技術(shù)應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（7）：117-118.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Application of UAV Tech-nology in Soil and Water Conservation Monitoring

YANG Zhi-jun （Dingxi Institute of Soil and Water Conservation Science， Dingxi， Gansu 743000）

Absrtact With the continuous development of science and technology， UAV technology has been widely used in many fields. In soil and water conservation monitoring， UAV monitoring can not only improve the monitoring efficiency， but also effectively improve the accuracy of monitoring data. This paper analyzes UAV technology and soil and water conservation monitoring， and puts forward personal views on the application of UAV in soil and water conservation monitoring， hoping to provide reference for the application of remote sensing technology for soil and water conservation monitoring in the future.

Key words UAV technology; Soil and water conservation; UAV dynamic monitoring