无人机遥测在水土保持设施验收技术评估中的应用
2017-10-18巴丽敏
巴丽敏
（松辽水利水电开发有限责任公司，吉林长春130021）
无人机遥测在水土保持设施验收技术评估中的应用
巴丽敏
（松辽水利水电开发有限责任公司，吉林长春130021）
本文从实践出发，以技术评估单位实际工作效果为例，介绍无人机遥测技术手段在水土保持设施验收技术评估工作中实际应用情况。通过无人机遥测技术取得了详实的水土保持数据，为先进技术手段应用在水土保持设施验收技术评估工作提供了实践尝试。
无人机；遥测技术；生产建设项目；水土保持设施技术评估
水土保持设施验收技术评估是在生产建设项目水土保持设施验收前，对项目水土保持工作进行的一次综合性评价，重点评估水土保持设施完成情况，主要包括水土保持方案批复（及相关设计文件）确定的水土保持工程措施、植物措施和临时措施。传统的评估工作在实践中多采用现场调查量测等方法，外业工作量大，工作周期较长，数据零散，整理工作量较大，尤其对于线性工程，易造成遗漏主体工程红线以外的临时占地及扰动等情况的评估，导致水土保持设施验收技术评估工作与目前科技社会、行业信息化等现象不协调。近年，无人机等先进设备投入应用于水土流失动态调查、水土保持监测、水土保持监督管理等水土保持各项领域中，无人机设备结合遥测数据处理系统提高水土保持工作精度和效率，减轻外业调查工作强度，已逐渐成为今后水土保持设施验收技术评估工作的主要应用手段和技术支撑。
1 传统方法
传统的水土保持设施验收技术评估工作主要采取普查与重点抽查相结合的方法。在普查的基础上，按照涵盖水土保持方案设计的各种水土保持措施的原则，对重要单位工程全面进行查勘、量测。
1）扰动面积、治理面积等情况评估：根据设计资料，采取GPS等量测设备实地调查的方法，统计项目建设区内土地扰动面积、治理面积、水土流失面积变化等情况。
2）水土保持设施及保存情况：采取实地调查、测量与收集相关资料的方法，统计项目建设区内水土保持工程、植物措施等，重点对实施数量及工程质量进行评估。
2 无人机遥测应用技术评估中的优点
无人机遥测设备携带方便，操作简单，安全性较高，可以实现连续作业。飞行高度低，可拍摄高重叠率、高精度大比例尺影像，在局部信息快速获取方面具有巨大优势。
线型生产建设项目评估工程中运用无人机遥测系统，具有成果直观、可视范围广、获取指标数据准确、反应速度快速等有点。同时，根据项目验收及相关工作的需要，在后期处理工作中，可以有针对性的对特定区域进行指标测量，利用第三方软件可以实现防治责任范围的设计值与实际值进行对比，并可以逐一复核水土保持监理、水土保持监测单位提供的数据，为水土保持设施验收六项指标的确认提供可靠的数据支持。
运用无人机开展水土保持设施验收技术评估工作，在专业技术软件支持下，评估工作获取的指标数据能够实现全自动、快速、专业精度高的处理结果，实现多张航拍影像的快速拼接、精确的正射影像和三维点云模型，可以作为水土保持设计验收技术评估工作一项重要技术手段，适用于小范围内、高分辨率的遥测数据和影像资料的即时获取，数据精度和直观判断均能满足在水土保持设施验收技术评估的需求。
3 无人机遥测技术
无人机遥测技术,主要是利用先进的无人驾驶飞行器和遥感传感器设备，通过低空获取地面影像数据，并结合遥感技术完成数据处理和模型建立。无人机遥感系统具有机动性强、智能化、精准度高等优势，现已大范围应用在水土保持工作中，成为实际工作中主要的技术手段。工作流程：无人机航拍→航拍数据处理→GIS数字化→制作视频专题图。
3.1 获取影像资料
在实地踏勘的过程中，设计飞行航迹，通过低空飞行获取航拍影像资料，并利用地面控制点进行精度提升。通过影像拼接软件将航拍数据进行整合处理，生成正射影像图、DSM、三维点云等数据。
3.2 矢量化遥测数据
数据处理是指将无人机航拍的对地低空遥感序列图像通过高性能工作站及计算机进行影像的拼接及合成，得到正射影像、DSM地表高程模型、三维点云数据等，并最终通过ArcGIS地理信息系统软件进行解译、测绘及数据入库等工作。
1）正射影像图
格式：GeoTIFF（.tif.tfw.prj）；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
分辨精度：5～15 cm；
波段：Red，Green，Blue；
功能：依据航拍图像生成的正射影像图。应覆盖“无人机航拍技术评估项目”所要求的区域范围。
2）DSM数字地表模型
格式：GeoTIFF（.tif.tfw.prj）；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
分辨精度：5～15 cm；
类型：数字表面高程；
功能：体现建设项目所在区域地形的数字地表模型，对地形坡度坡向进行测量统计，确认取弃土场开挖、堆土高度等，通过统计计算弃土场占地面积、土石方量。
3）三维点云数据
格式：las；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
功能：建设项目区域航拍三维点云，反映当前项目建设实际情况的三维信息。
3.3 指标信息获取
针对正射影像和DSM数据可获取目标的长度、面积、体积等信息以及进行影像解译分析。
1）设计图图层
格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
类型：线状要素；
来源及功能：将设计单位提供的CAD设计图纸（施工图或竣工图）转换成shape格式并进行空间矫正，能够与正射影像图叠加进行比较，确定水土流失防止责任范围，是否涉及重大变更。
2）区域划分图层
格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
字段设置：见表1；
来源及功能：以正射影像图为基础解译获得。对生产建设项目防治责任范围内的各防治分区，以及以往重点检查过的产生水土流失问题的重点区域，进行矢量化标注，制定矢量化图层。
3）硬化面积图层
格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
字段设置：见表1；
来源及功能：以正射影像图为基础解译获得，对建设项目所涉及的硬化面积进行矢量化标注，在数据库中要记录建筑物名称、道路名称、硬化类型等信息，查勘施工临建设施是否拆除，确认土地整治工程、斜坡防护工程、防洪排导工程、降水蓄渗工程、防风固沙工程等措施落实情况，通过统计计算各项措施实施工程量，计算扰动土地整治率、水土流失总治理度、拦渣率等指标。
4）绿化面积图层
格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；
坐标系：WGS1984大地坐标系；
字段设置：见表1；
表1 字段设置表
来源及功能：以正射影像图为基础解译获得，对建设项目绿化覆盖的部分利用矢量化图斑进行标识，通过颜色进行自动识别绿化覆盖区域，确认水土保持植物措施工程量和实施效果，通过统计计算项目区各防治分区的林草覆盖率和林草植被恢复率等指标。
4 生产建设项目评估应用效果
无人机应用可以解决无法全线调查、视线视角限制等问题，实现快速获取高精度正射影像和三维点云数据，同时对相关指标量化复核，实现快速、全面评估效果。
表2 现场评估情况表（部分）
本文以某公路建设项目水土保持设施验收技术评估工作为例，具体评估指标及区域见表2。
从上述评估成果可以看出，在大中型生产建设项目验收技术评估工作中，运用无人机遥测系统可对航测成果数据开展测量工作，为水土保持六项指标的测算提供准确数据。同时，可为水保方案落实情况复核取证，全面掌控各区水土保持措施实施情况，评估效果良好，为验收奠定基础。
［1］陈晓玉，巴丽敏.浅谈无人机遥测在水土保持设施验收技术评估工作中的应用，中国水土保持监督专业委员会第九次会议暨学术研讨会，2015.
［2］松辽水利委员会松辽流域水土保持监测中心站.无人机遥测技术在水土保持监管中的应用［J］.中国水土保持，2015（9）：73—76.
［3］杨恺.无人机遥感技术在开发建设项目水土保持监测中的应用［J］.陕西水利，2013（4）：145—146.
S157
B
1002—0624（2017）10—0028—02
2017-01-16
