无人机摄影测量技术在水土保持学科的应用

张玉茜

摘 要：无人机遥感技术以其续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优势，能有效弥补传统研究方法的诸多不足。在水土流失监测、规划保持、调查等领域，无人机航空摄影测量技术的运用能极大提高效率、降低成本和提高成果的丰富全面性，所以无人机航空摄影技术的运用必将能在此领域得到越来越多的认同。该研究介绍了摄影测量技术相关设备、原理及流程，通过对无人机航测技术在水土保持领域的应用介绍，显现了新技术的优势及未来行业技术发展方向，具有重大的经济和社会效益。

关键词：水土保持 无人机 航空摄影测量 监测

中图分类号：P231 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（b）-0000-00

摄影测量学是测绘学的分支学科，它指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。摄影测量的发展可划分为模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量三个发展阶段[1]。其主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。影像解译就是确定影像对应地物的性质。无人机航摄系统是传统航空摄影测量手段的有力补充，无人机航空摄影测量技术相比于传统测量技术来说，具有机动灵活、快速高效、精细准确、安全、作业成本低等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势。

在影像上进行量测和解译在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制；所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的信息获取及测量工作；适用于区域范围内的水土保持的动态调查研究、态势分析及常规测量等工作，提交成果更加丰富多样，包含地形图、矢量数字线划图、真实数字高程模型、数字正摄影像等，具有成图快、效率高、产品形式多样的特点。不同时期影像的叠加动态分析进一步为水土保持研究提供基础资料和分析依据，起到预防水土流失、滑坡等地质灾害地发生。

无人机航空摄影测量能快速够获取低空0.05-0.5m高分辨率影像，对后期数据处理提供了充分的保障，后期内业团队专业的空间数据处理经验和高质量专业拼图软件，在此基础上真正实现了人机航测获取1：500地形图的成功范例，满足了《低空数字航空摄影测量内业规范》CH/Z3003-2010 1：500、1：1000、1：2000大比例尺成图精度要求，满足传统航测规范 GB 7930-1987和GB/T7930-2008 中1：1000和1：2000大比例尺成图精度要求。新技术的运用，带动了测量技术的向前跨越式发展，除测量行业外，在非常多的领域已经出现了无人机的身影，如水土监测、自然灾害救援、应急事件处理、国土资源调查等，其优势得到了充分体现。

我国具有范围广，地形地貌多变，地质情况复杂等特点，水土流失量大、面广，成因复杂，危害严重，掌握不同类型区水土流失规律、提出相应防治措施体系的任务十分艰巨。传统水土保持研究以野外试验、手工计算为主。虽然通过大量径流小区的建立和观测发展了一些定量、半定量的水土保持模型，但模型运行所需数据获取、模型计算、结果表达完全依赖手工进行。在计算机技术发展以后，虽然情况有所改观，但仍然难以摆脱数据获取和结果表达的限制，使得此阶段的水土保持工作的开展和应用受到了很大的局限。无人机遥感技术以其续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优势，能有效弥补传统研究方法的诸多不足。在水土流失监测、规划保持、调查等领域，无人机航空摄影测量技术的运用能极大提高效率、降低成本和提高成果的丰富全面性，所以无人机航空摄影技术的运用必将能在此领域得到越来越多的认同。下面研究者根据实践经验，将无人机在水土保持领域的运用方向进行简要列举。

1 水土保持规划的基础调查

利用无人机航空摄影技术，可快捷地掌握水资源的分布、地表河流的分布、地貌形态、水土流失现状等。正确利用航测图像的影像进行水土流失解释，可增强水土保持工作的预见性、计划性和目的性。合理选择遥感图像、航测图像的种类和比例尺，可提高水土保持填图的精度和效率。

2 水土保持方案编制

通过无人机航测影像能快速便捷地掌握项目建设区水土流失、地形、地貌和水系变化情况，通过数字摄影测量技术，即时查清建设项目占用土地面积，扰动地表面积，项目挖方、填方数量及面积，弃土、弃石、弃渣量及堆放面积等。准确快速完成生产建设项目区大比例尺正射影像地图和地形图。根据项目区水土流失面积、流失量、流失程度的综合分析，预测其水土流失危害及趋势。

3 水土流失灾害调查

无人机航测技术与相关地质灾害系统及GIS平台结合可快速而准确地预警、预报致灾事件，对灾害发生的地点、范围和强度的快速评估，达到实时提前预警和实时评估的要求。如对2014年的鲁甸地震造成的山体滑坡和堰塞湖情况调查，在地面交通阻断，余震不断的情况下，无人机在关键数据获取上起到了极其重要的作用。

4 水土保持动态监测

水土保持监测是借助多种手段，采取综合性的方式，从水土资源的保护、维护资源的可持续利用以及维持良好生态环境出发，对造成水土流失的成因，水土流失的数量、影响范围、强度、造成的危害以及防治的成效等指标进行动态监测和评估。水土保持监测能及时、准确、全面的反映水土流失治理的成效，也为今后防治水土流失的提供依据[2]。

随着无人机遥感技术的发展，航测影像的分辨率涵盖了从0.05m—0.5米整个区间，小比例尺影像区域监测还可与卫星要感影像相结合，满足了不同对象、不同区域的动态变化监测需要。

5 水土保持项目验收评估

对于一些大型工程，特别是输电线路、公路铁路、输油输气管线等线性工程来说，其作业区域地形复杂、线路长，这些工程有时达数千公里，常常穿越无人区、山区，这些项目的现场评估检测是一项非常艰巨的任务。使用无人机航测，不仅可以解决人迹罕至地区的水保设施核查问题，而且核查速度快，信息反馈及时，保证了重要水保设施的核查率。利用无人机遥感监测系统经过对水土保持措施前后的地形、地貌、地物及植物情况图像的对比模拟分析小区域土壤侵蚀、经济效益的变化，检验水土保持措施的实施效果，即时输出监测成果，为流域综合管理提供有效的决策支持依据。然后根据水土保持措施工程验收办法及标准建立数据库，无人机可直接到达现场绘制验收图，计算验收结果，提高验收精度，避免人为因素干扰，减少漏查漏验，减轻验收工作强度，节省人力、物力。

6 结语

无人机航测技术作为新兴技术在工程实践中不断被推广运用，并得到不同领域用户的高度认可，产生了巨大的经济效益和社会效益；但此技术在水土保持领域的运用还处于初级阶段，随着生产建设项目的不断增多，今后生产建设项目水土保持监测的任务量越来越大，须探索研究新技术、新手段，提高监测工作的效率和精度。通过研究认为无人机技术结合实地测验完全可以用于生产建设项目水土保持监测工作，并且野外工作量小，监测精度高，极有可能成为今后监测工作技术发展方向。

参考文献

[1] 张伟，冯秀江.浅谈摄影测量及其发展历史[J].山东煤炭科技，2013（2）：147-148.

[2] 许峰.近年我国水土保持监测的主要理论与技术问题[J].水土保持研究，2004，11（2）：19-21.