浅析无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

杜迪

(贵州省水土保持监测站,贵州贵阳 550002)

浅析无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

杜迪

(贵州省水土保持监测站,贵州贵阳 550002)

文章针对水土保持监测技术要求与无人机遥感技术特点,浅论如何利用无人机遥感技术在水土保持监测中应用。弥补传统水保监测手段的不足之处,有效提高了监测的效率、精度及自动化程度,实现区域动态监测。

无人机遥感技术 水土保持监测

无人机遥感(Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing),是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。无人机作为空中遥感平台的微型遥感技术,其特点是:以无人机为空中平台,遥感传感器获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成图像。无人机系统结构简单、使用成本低,不但能完成有人驾驶飞机执行的任务,更适用于有人飞机不宜执行的任务,如危险区域的地质灾害调查、空中救援指挥和环境遥感监测。正由于无人机低空遥感技术的这些特点,弥补了传统卫星遥感技术的不足,为水土保持监测领域的技术发展带来了新的契机。

1 无人机遥感技术的概况及应用特点

无人机遥感(Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing),是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术将无人机作为空中遥感平台的微型遥感技术,其特点是:以无人机为空中平台,遥感传感器获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成图像。无人机系统结构简单、使用成本低,不但能完成有人驾驶飞机执行的任务。无人机遥感系统由于具有机动、快速、经济等优势,弥补了传统卫星遥感技术的不足。

无人机遥感技术指空中遥感平台的微型遥感技术,此技术以无人机为空中平台,通过遥感传感器获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求制作成图像。无人驾驶飞机为航空遥感提供了操作方便,易于转场的遥感平台。可根据不同的需要选择不同类型的平台。起飞降落受场地限制较小,在操场、公路或其它较开阔的地面均可起降,其稳定性、安全性好,转场等非常容易。无人机系统由于飞行高度低,获取的遥感影像拥有较高的图像分辨率。高分辨率航片影像的出现使得在较小空间尺度上观察地表的细节变化、进行大比例尺遥感制图以及监测人为活动对环境的影响成为现实。同时高分辨率航片影像还解决了卫星数据的拍摄盲区、编程时间长、以及在南方地区由于受天气影响,云量大,无法获取数据等诸多困难。不但能完成有人驾驶飞机执行的任务,更适用于有人飞机不宜执行的任务,目前,无人机遥感技术涉及土地利用监测、水利、电力、突发事件调查等多领域的应用。

2 水土保持监测问题

我国是世界上水土流失最为严重的国家之一,由于特殊的自然地理和社会经济条件,使水土流失成为我国主要的环境问题。水土保持监测工作存在着很多问题,阻碍监测工作的顺利进行。对管辖区域的调查方式目前已经普遍被运用,但是这种方法只能针对小范围的地区进行,监测的精确度不够,容易受到人为等因素的影响,不能准确的进行监测工作。在面对大范围的监测目标的时候,人力资源无法进行合理分配,产生人力不足的现象,或者有一些区域是人无法踏足的区域,造成监测困难,无法获得相关区域的数据信息。而卫星遥感技术很容易受到卫星轨道的影响,很难得到及时的补救,再加上经常性的自然因素影响卫星的作业,由于云层的遮挡,造成很多漏洞,严重影响监测的准确性。

3 无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

3.1 水土流失情况调查

根据《水土保持监测技术规程》(SL277-2002)要求,对区域水土流失情况调查,无人机遥感可以发挥重要作用,其宏观、快速、动态和经济的特点,成为土壤侵蚀调查的重要信息源。土壤侵蚀过程极其复杂,受多种自然和人为因素的综合影响。不同的土壤侵蚀类型影响因子也不同,对于水蚀来说,参考通用土壤侵蚀方程各因子指标,并考虑遥感技术与常规方法相结合。无人机可以在低空、低速的情况下对研究区进行拍摄,精确计算及绘制出各区的界限。通过设置的标识,可以提取到各区域及植物覆盖范围和土地的利用情况,再进行DEM数据分析,得到坡度信息之后,再综合土壤的侵蚀分类标准、土壤侵蚀方程,得到研究范围内的水土流失状况、强度及分布情况。这对于利用GIS系统建立研究范围内水土流失本底数据库,确定土壤侵蚀类型、强度、程度以及地形、植被、管理措施等土壤侵蚀因子的属性提供了数据源。帮助了解区域水土流失发展趋势、发生特点和现状等,以便做好区域水土保持工作规划,加快水土流失治理。无人机在水土保持监测领域以较低的成本快速清查较大范围的水土流失状况、主要土壤侵蚀影响因子,为利用GIS分析研究范围内的水土流失奠定了基础。

3.2 生产建设项目水土流失调查

根据监测地点的确定,无人机遥感技术的成果可以充分得到应用。通过拍摄得到的映像信息,再结合项目区域的相关布置图,精确计算及绘制出各个边区的界限。通过设置的标识,可以提取到各个项目区域及划分单元的植物覆盖范围和土地的利用情况,再进行DEM数据分析,得到坡度信息之后再综合土壤的侵蚀分类标准,按照这个标准对土壤的侵蚀度进行科学的划分。对于水土保持措施的监测,相关工作人员可以同样根据图像进行分析,计算出项目区域的工程和植物覆盖的面积,并设立地面的解释标识,对植被的覆盖率进行分析。对于水土保持效益的监测主要是结合以前的传统监测手段,分析已经做出的监测结果。

最后是利用DEM的成果来更新相关项目区域的大比例尺地形图。使用DEM技术和影像的成果,再使用相关的软件来完成对项目区域的三维模型的建立,通过虚拟的漫游技术和客观真实的现象来展现出相关项目的实际状况或者是该项目所在的整个区域范围的实际状况,不仅能够加强观察者的真实感还能十分真实的反应该项目的水土现状以及水土流失和治理的现象,有利于相关部门直面水土现状,更好的治理水土问题,解除相关隐患。

4 结语

无人机因其机动灵活的起降方式、低空循迹的自主飞行方式、快速响应的多数据获取能力,其可以搭载高分辨率数码相机进行快速测图亦可搭载视频采集设备,分辨率高、实效性好、应急性强等优势。综合无人机技术的特点和实际应用效果, 该技术将在我国水土保持监测领域中有着相当大的应用前景。作者认为无人机技术结合实地测验完全可以用于水土保持监测工作,并且野外工作量小,监测精度高,可作为今后监测工作的发展方向。

[1]水利部水土保持司,水利部水土保持监测中心.SL277-2002水土保持监测技术规程[M].北京:中国水利水电出版社,2002.