無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在小流域綜合治理中的應(yīng)用

康開霞 李銀娟

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730000）

在小流域綜合治理過程中，需要收集區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，明確當(dāng)前小流域區(qū)域的真實(shí)情況，資料收集技術(shù)顯得尤為重要。在傳統(tǒng)的工作模式中，主要采用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行收集，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)通常適合在大尺度流域規(guī)劃中應(yīng)用，在小流域綜合治理中應(yīng)用時，因?yàn)榉直媛瘦^低、更新周期較長等弊端無法有效滿足實(shí)際需求，所以需要對資料收集技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化?；诖?，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)逐漸被應(yīng)用，能夠很好地滿足小流域綜合治理工作需要。本文以甘肅某小流域的治理工作為例，闡述了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的運(yùn)用方式以及該流域的具體治理方案。

1 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基本概念

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的核心是通過傳感器的裝載對攝影角度進(jìn)行合理分配，其中四個攝影角度需要規(guī)定設(shè)置，另一個設(shè)置成垂直角度[1]，從多個角度開展攝影工作，能夠?qū)z影設(shè)備所搭載的飛行設(shè)備的多種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，可在飛行設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)問題時對參數(shù)進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。傾斜攝影測量技術(shù)一般由三個部分組成：POS系統(tǒng)、飛行設(shè)備和傾斜攝影設(shè)備[2]。POS系統(tǒng)是傾斜攝影設(shè)備所搭載的系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對被測量區(qū)域測繪信息實(shí)施跟蹤和收集，并對被測量區(qū)域測繪攝影中心的核心坐標(biāo)以及飛行設(shè)備的飛行狀態(tài)進(jìn)行記錄[3]。飛行設(shè)備的作用是搭載傾斜攝影設(shè)備，協(xié)助相關(guān)設(shè)備進(jìn)行拍攝，按照預(yù)定的航線進(jìn)行飛行，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時拍攝[4]。

2 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在小流域綜合治理中的應(yīng)用優(yōu)勢

隨著我國小流域綜合治理工作力度不斷加大，為了能夠全面提高綜合治理工作質(zhì)量，關(guān)于小流域的測繪技術(shù)研究相繼開展，將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用在小流域信息收集工作中，能夠有效提高信息收集的準(zhǔn)確性和效率，降低小流域信息收集成本。

2.1 提升小流域信息收集準(zhǔn)確性和效率

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)還可以測量出小流域內(nèi)各實(shí)物的具體參數(shù)信息，從而提高小流域測繪信息收集的準(zhǔn)確性[5]。無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能夠?qū)Ρ粶y繪小流域的準(zhǔn)確坐標(biāo)和外部特征進(jìn)行全面的收集和呈現(xiàn)，進(jìn)而為接下來的三維建模工作打下良好的基礎(chǔ)，為三維建模工作提供更加全面且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，使得小流域測繪工作的效率有顯著的提高。

2.2 降低小流域信息收集成本

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的運(yùn)用流程較為簡單，工作人員只需通過簡單的操作就能夠?qū)π×饔虻臄?shù)據(jù)和信息進(jìn)行全方位的收集，能有效降低小流域信息收集工作的成本。通過無人機(jī)搭載傾斜攝影設(shè)備，對小流域進(jìn)行多個角度的數(shù)據(jù)收集，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)饺S建模系統(tǒng)，能有效降低工作人員的作業(yè)強(qiáng)度，從而減少人力消耗，使測繪工作的成本能得到更好的控制。

3 小流域綜合治理中無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的具體應(yīng)用方式

將無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)應(yīng)用在小流域綜合治理工作中，主要是獲取小流域的真實(shí)數(shù)據(jù)情況，構(gòu)建小流域三維模型以及地形圖，從而為后續(xù)的植樹造林等管理工作提供數(shù)據(jù)支持，故需要明確無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在小流域綜合治理中的正確應(yīng)用方式。本文結(jié)合相關(guān)的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在小流域綜合治理中的應(yīng)用方式。

3.1 小流域測量準(zhǔn)備工作

第一，在對小流域進(jìn)行測量之前，工作人員需要做好全面且詳細(xì)的前期準(zhǔn)備工作，防止因準(zhǔn)備不充分而耽誤測繪工作進(jìn)程或?qū)y量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。在使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)之前，需要對無人機(jī)設(shè)備、POS系統(tǒng)及攝影設(shè)備進(jìn)行全面檢查，飛行設(shè)備中使用的無人機(jī)需要提前向有關(guān)部門進(jìn)行報備。在使用無人機(jī)之前，需要安排工作人員進(jìn)行試飛工作，檢查無人機(jī)是否可以正常運(yùn)行，防止無人機(jī)出現(xiàn)故障進(jìn)而影響小流域測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。第二，小流域測量工作需要配備完善的管理制度，檢測人員、技術(shù)人員必須嚴(yán)格按照小流域測量流程和規(guī)范進(jìn)行操作，并主動邀請監(jiān)督部門到小流域測量現(xiàn)場進(jìn)行航拍監(jiān)督和管理。第三，在使用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)時，需要布設(shè)合理的像控點(diǎn)。因此，工作人員需到小流域場地認(rèn)真開展前期調(diào)查工作，按照被測量小流域的實(shí)際情況選擇科學(xué)的像控點(diǎn)，保證像控點(diǎn)布置成平高點(diǎn)。此外，工作人員也要正確掌握測繪的整體流程，掌握無人機(jī)的飛行線路，從而能夠確保各個像控點(diǎn)布置均勻、合理。需要注意的是，像控點(diǎn)的布置要將被測量小流域的整體包圍起來，防止出現(xiàn)被測量小流域有部分區(qū)域無法被拍攝到的情況，這樣才能獲取被測量小流域整體的信息，保障測量結(jié)果的全面性。

3.2 小流域測量質(zhì)量控制

無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)是通過無人機(jī)來進(jìn)行小流域測量工作，所以在測量過程中需要嚴(yán)格把控測量質(zhì)量。通過無人機(jī)對小流域進(jìn)行測量時，可以結(jié)合GPS、GIS等技術(shù)加以輔助，提高測量工作的效率和測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際測量的過程中，要利用無人機(jī)來掌握影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素，要確保在光線均勻、無遮擋的基礎(chǔ)上開展測量工作，防止因外部因素對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響[5]。其次，要確保通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)拍攝出清晰的影像，對于各種地物要能夠直觀地辨認(rèn)，能夠繪制多種地物的輪廓，還要使相鄰影像之間相同地物色調(diào)保持一致，攝影區(qū)的影像色調(diào)效果要保持均勻。為了進(jìn)一步提高測量工作的整體質(zhì)量，需要結(jié)合天氣情況、陽光照射強(qiáng)度等對曝光參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使曝光參數(shù)與光照強(qiáng)度相匹配，從而有效地防止出現(xiàn)影像不清晰的問題[6]。當(dāng)無人機(jī)傾斜攝影測量結(jié)束之后，要通過飛行管理軟件對所獲取的小流域攝影站點(diǎn)GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，如果發(fā)現(xiàn)所獲取的影像坐標(biāo)與設(shè)計的飛行路線不符時，需重新拍攝，補(bǔ)足遺漏的拍攝點(diǎn)，并將所收集到的小流域測量數(shù)據(jù)盡快保存和處理，將小流域測量工作質(zhì)量報告交由質(zhì)量管控人員進(jìn)行查驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，應(yīng)立即進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

3.3 傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理

傾斜攝影測量數(shù)據(jù)處理是保證數(shù)據(jù)和信息準(zhǔn)確性、實(shí)效性的基礎(chǔ)性工作。通過對需要測量的小流域場地區(qū)域、界址點(diǎn)進(jìn)行確定，再結(jié)合全站儀對小流域的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，之后記錄所測量的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，就能夠有效判斷出測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。通過三維建模的應(yīng)用，能夠?qū)λ鶞y量的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的建模，并呈現(xiàn)出建模的細(xì)節(jié)，還可以借助三維激光掃描技術(shù)，對數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面有著明顯的優(yōu)勢，能夠有效提高小流域測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而更加清晰地反映當(dāng)前小流域存在的具體問題。

4 小流域綜合治理有效措施

通過采用上述方法收集小流域的真實(shí)數(shù)據(jù)，能夠獲取當(dāng)前小流域的各項(xiàng)基礎(chǔ)信息，如土地利用情況、植被覆蓋情況以及坡度等，從而開展小流域綜合治理工作。本文以位于甘肅省臨洮縣的小流域作為研究對象，項(xiàng)目名稱暫定為“臨洮縣站溝小流域”，該小流域內(nèi)植被稀少，水土流失問題嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量，為了保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，需要做好水土保持、植樹造林、植草等工作。為了提高工作質(zhì)量，需要明確該小流域的現(xiàn)狀，所以需要采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對小流域的具體情況進(jìn)行調(diào)查，收集詳細(xì)的數(shù)據(jù)，為后續(xù)的林地設(shè)計等工作提供科學(xué)指導(dǎo)。

4.1 結(jié)合土地利用現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，做好植樹造林規(guī)劃

土地利用現(xiàn)狀調(diào)查是開展小流域綜合治理工作的基礎(chǔ)。在小流域土地利用現(xiàn)狀調(diào)查工作中，采用ArcGIS軟件將正射像成果導(dǎo)入后創(chuàng)建線圖層。由于無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所獲取的正射影像分辨率能夠達(dá)到厘米級別，能夠按照小流域不同土地利用現(xiàn)狀在正射影像實(shí)際顯示邊界進(jìn)行圖層覆蓋，從而形成土地利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)圖斑；在ArcGIS軟件的空間數(shù)據(jù)中通過解釋標(biāo)志對應(yīng)的圖斑進(jìn)行屬性賦值，能夠獲得小流域土地利用類型以及空間分布等多項(xiàng)基礎(chǔ)信息，對不同屬性土地利用現(xiàn)狀圖斑進(jìn)行上色，可得到當(dāng)前小流域土地利用現(xiàn)狀圖[8]。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，該小流域主要由灌綿土、黑麻土、灰白土及高山草甸土組成，項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆诎敫珊挡菰脖粠В烊恢脖灰院瘫究坪途湛茷橹?，常形成由厚穗冰草、本氏羽茅、針茅、冷蒿、黃蒿、羊草、駱駝蓬等組成的稀疏群落。當(dāng)前保存的人工種草主要是紫花苜蓿，流域內(nèi)無天然林分布，保存的人工水保林樹種以檸條、沙棘、樺樹、楊樹、檉柳為主，并有少量的榆樹、柳樹、油松等，主要分布在梁峁坡和溝道上游，項(xiàng)目區(qū)林草覆蓋率34.96%。同時，根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)測量結(jié)果，該小流域陰坡、陽坡、半陰坡、半陽坡的整體坡度在5°～25°。結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所收集的數(shù)據(jù)，對種植樹種進(jìn)行選擇，本次小流域治理中所采用的樹種主要包括油松、云杉、刺槐、紫葉李、古槐、沙棘、檸條等[9]。

4.2 依據(jù)攝影結(jié)果合理選擇樹種

通過采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，獲取該小流域的地形信息、坡度信息、土壤信息、水文信息以及其他信息，結(jié)合小流域的氣候等其他信息，通過對小流域內(nèi)的信息分析，能夠?yàn)樾×饔蛑卫碇兄矘湓炝诌x種工作提供支持。在本次綜合治理工作中，按照無人機(jī)傾斜攝影獲得的結(jié)果，樹種及苗木選擇方案如下：（1）苗木規(guī)格。云杉苗選用≥3年生移植苗木，苗高1.0～1.2 m，土球直徑＞25 cm，要求苗木根系發(fā)達(dá)，生長健壯，無病蟲害；油松苗選用≥3 年生移植苗木，苗高1.0～1.2 m，土球直徑＞25 cm，要求苗木根系發(fā)達(dá)，生長健壯，無病蟲害；紫葉李、刺槐、國槐選用一級苗，地徑3～5 cm，定桿苗高1.5 m，生長良好，無病蟲害；沙棘選用一年生移植苗，苗高≥80 cm，生長良好，無病蟲害；檸條選用一級種，種子要求新鮮飽滿、純度95%以上、發(fā)芽率90%以上。（2）苗木質(zhì)量。選用種子活力強(qiáng)，整齊度高，發(fā)芽率及種子凈度達(dá)到95%的草種，播種前進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)，若發(fā)芽率達(dá)不到要求，應(yīng)適當(dāng)加大播種量，從而保證種植效果。

4.3 根據(jù)傾斜攝影結(jié)構(gòu)，合理規(guī)劃種植密度

通過采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，使得本次小流域治理中的各項(xiàng)信息更加明確，從而能夠?qū)χ矘涿芏冗M(jìn)行合理規(guī)劃。造林密度的確定是以造林目的、樹種特性、立地條件等為依據(jù)。造林密度的大小，直接影響著幼林的郁閉及林木的生長與分化。按照無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所收集的數(shù)據(jù)，本次小流域治理中植樹密度設(shè)計為：喬木純林（油松）株行距為3 m×3 m，造林密度為1111株/ hm2；喬木純林（云杉）株行距為3 m×3 m，喬木純林（紫葉李）株行距為2 m×3 m，造林密度為1667株/ hm2，喬木純林（國槐）株行距為2 m×3 m，造林密度為1667株/ hm2，喬木混交林（云杉+刺槐）的布置形式為行間1:1混交，株行距為2 m×3 m，造林密度1667株/ hm2，喬木混交林（云杉+油松）的布置形式為行間1:1混交，株行距為2 m×3 m，造林密度1667株/ hm2，采用品字形規(guī)則造林，根據(jù)地形、坡度、坡向進(jìn)行苗木配置，上部坡度較緩部位主要以喬木樹種為主，在坡腳以上陡坡全長的2/3為止上緣選擇萌孽性強(qiáng)的樹種，條件好的地方可撒播灌木樹種的種子。

4.4 采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測

在確定小流域綜合治理方法后，需要對方案的具體實(shí)施進(jìn)行監(jiān)測，從而確保設(shè)計方案能夠落實(shí)，在該過程中可以采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，該技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對小流域內(nèi)的調(diào)查[10]。例如，在林木檢查方面，在每年秋后需要對新種植的苗木進(jìn)行調(diào)查，明確栽植成活率，評定栽植質(zhì)量，確定補(bǔ)植或者重新栽植的地塊和面積，在該過程中就可以應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的調(diào)查技術(shù)而言，能夠有效提高調(diào)查工作效率；根據(jù)無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的調(diào)查結(jié)果能夠明確當(dāng)前林木的長勢，從而有利于開展撫育管理工作，根據(jù)影像顯示的林木生長情況進(jìn)行修枝、整形等撫育工作。春季剪除密枝、枯枝和過長枝；修剪后施肥一次，以利于萌發(fā)新枝；隨時剪除砧木上的蘗芽，以免影響樹形。雨后注意排水。夏秋季高溫、干旱時，防止土壤開裂，及時灌水補(bǔ)充、防治蚜蟲和紅蜘蛛危害。同時，結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)所獲取的影像，能夠明確當(dāng)前小流域中林木密度，并根據(jù)林木密度進(jìn)行補(bǔ)植，從而能夠有效提高小流域綜合治理效果。通過結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對種植密度進(jìn)行調(diào)整，能夠有效提升林木存活率，防止種植密度不夠科學(xué)的問題發(fā)生，從而恢復(fù)當(dāng)?shù)刂脖簧鷳B(tài)系統(tǒng)，全面提升小流域綜合治理工作質(zhì)量。

4.5 無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在后期管護(hù)中的應(yīng)用

后期管護(hù)是促進(jìn)小流域治理工作質(zhì)量提高的關(guān)鍵所在。在林木種植完成后，為了提高后期管護(hù)工作科學(xué)性，需要結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)開展相關(guān)的管理工作。第一，通過無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取小流域內(nèi)的灌溉水源信息，并根據(jù)地形等設(shè)計渠道、蓄水池等修建工作，從而能夠保證就近取水，能夠提高林地灌溉工程設(shè)計質(zhì)量。第二，根部不同林木品種易發(fā)病蟲害的基本特點(diǎn)，利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對病蟲害發(fā)生情況進(jìn)行監(jiān)測，通過傳回的林木影像，則能夠明確當(dāng)前林場中是否存在病蟲害問題，從而構(gòu)建完善的林木病蟲害監(jiān)測體系。在該過程中無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果，能夠提早發(fā)現(xiàn)林木病蟲害問題，從而實(shí)現(xiàn)對林木病蟲害的科學(xué)管控。第三，在日常的林場巡視工作中，采用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，利用無人機(jī)能夠在低空飛行的特點(diǎn)，擴(kuò)大巡視范圍，實(shí)時傳輸林場的實(shí)際情況影像，能有效提高林場后期管護(hù)工作效率，使得無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的優(yōu)勢得以全面發(fā)揮，代替人工完成林場巡視工作，在小流域治理工作中具有重要的作用。

5 結(jié)語

本文全面闡述了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的基本概念，對無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)在小流域綜合治理中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析，同時闡明了無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)的具體應(yīng)用和操作方式，并結(jié)合甘肅某小流域綜合治理工程對該技術(shù)的應(yīng)用方法等方面進(jìn)行分析，以期對我國小流域綜合治理工作起到一定的借鑒作用，不斷提升小流域綜合治理工作質(zhì)量，助力小流域綜合治理關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。