无人机遥感技术在水土保持监测中的应用研究

叶林春

(深圳市水务规划设计院股份有限公司，广东 深圳 518000)

水土保持监测是反映研究区内水土流失状况和水土流失综合治理情况的一种关键手段，对水土保持防治措施的科学实施和维持生态系统的平衡均具有重要意义[1]。传统的水土保持监测方法主要包括现场观测、资料分析等。无人机遥感技术是现代便捷而精准的一种新型手段。利用无人机遥感技术可以准确判断水土流失的精确时间、位置和强度，对实现水土保持监测工作的信息化建设具有重要推动作用[2]。

1 传统监测技术存在的弊端

为了有效预防水土流失、维持生态稳定，采取各种不同现代化技术措施进行水土保持监测，以水土流失区域位置、危害程度、治理措施等作为研究对象，对整个项目区展开全面、系统地实时监测与评价，为水土保持工作提供强有力的技术支持。在生态环境保护中，水土流失的危害程度较大，而又由于传统的水土保持监测技术受到许多限制，存在诸多缺陷，因此如何高效、全面地进行水土流失监测是当前急需解决的关键问题[3]。传统监测技术存在的弊端主要体现在以下几个方面。

(1)监测区域受限。通常采用人工调查的监测方式，对区域规模的要求较高，只适用于小区域的监测且受到人为因素的影响较大，致使监测精度无法达到规范要求，造成动态监测结果不准确。若需在大区域范围内监测作业，会因人手不足影响人员分配，或在高危地带的监测区内，无法依靠人力进行数据的采集。

(2)数据采集技术滞后。数据采集主要有2个方面制约因素：一方面是研究经费不足，监测范围覆盖不全面，无法满足生态文明建设和可持续发展的要求。另一方面是主要以人工操作为主，数据信息采集效率及准确率较低，部分动态化监测无法有效记录，总体来说，监测技术有待提高，数据采集技术滞后，需要变革更新。

(3)自动化监测水平较低。在信息技术急速发展的背景下，传统监测设备正在慢慢向自动化监测工具转变，但仍需要提高监测自动化水平。无人机遥感技术作为自动化发展中的产物，已凭借其成本低、效率高等优势，发展为水土保持监测中的重要技术手段。无人机遥感技术的主要功能是准确收集数据并进行数据信息的处理，最后形成动态监测图像，该技术现已发展成国内外学者的热门研究问题。现阶段无人机遥感技术虽然已从试验阶段过渡到使用阶段，但技术并不十分成熟，还未能构成完整的监测系统。

2 无人机遥感技术概述

2.1 无人机遥感技术的定义

无人机遥感技术是以无人机作为中间载体，结合无人机飞行技术、GPS、计算机技术等一系列先进技术，快速准确地获取信息，完成数据处理和应用分析的技术。随着无人机上可搭载的数据化探测设备及遥感传感器的更新完善，该技术可以根据项目的不同需求获取相应的信息，其应用领域逐渐扩大。目前，已涉及土地利用监测、水利水电、突发事件调查等多个领域。

与早期的遥感监测技术相比，无人机遥感技术的影像分辨率更高，主要是可以设置无人机飞行速度、高度及飞行时间等参数，进而获取既满足精度要求，同时分辨率又较高的影像[4]。此外，无人机遥感技术还可以结合实际任务需求，设定飞行路线和飞行频次，进行实时实地的动态监测。

2.2 无人机遥感技术的主要特点

无人机遥感技术借助无人机收集地表数据信息，通过计算机处理为三维图形，在整个系统优化层面具有显著的优点，该技术的主要特点为:①拍摄精度高。无人机的飞行范围一般在50～1000m，采集地表数据信息时的航拍精度为0.1～0.5m。②实用性强且设备费用低。无人机身形轻巧且矫健，结构简单，飞行作业时灵活自如，对外在环境的适应性较强。一般作业为低空飞行，受雨雪等天气的影响较小，同时，机身及拍摄设备费用较低。③操作简单且安全。监测时不需要特定的外在条件，即可快速起升，相对操作简单。同时，不易受到天气因素的干扰，可在严寒或酷暑条件下作业，安全性也较高，在遇到突发状况时，如危险区域的调查、空中救援指挥等，不会造成人员的伤亡。④拍摄便捷且分辨率高。无人机易于控制飞行航线，可以根据需求多角度拍摄，针对一般监测区可采用竖直拍摄收集数据信息，对于复杂结构可以采用斜向拍摄收集细部结构数据信息，成像效果清晰。该技术充分发挥了其拍摄便捷的优势，解决了复杂结构之间因相互覆盖而掩盖原始数据的问题，进而能够获得全面详细的影像信息和完整的监测图件。

3 无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

在水土保持监测中，能及时准确地反映水土流失动态，提供决策依据和综合治理方案是至关重要的[5]。目前，无人机遥感技术的工作流程主要包括基础数据的获取、信息转换及应用。通过对现场的调查监测，采集地形图量测数据信息，使得水土保持监测工作更加科学高效。具体应用以某地区水土保持监测为例。

3.1 方案设计

以某地区工程的施工图与当地地貌作为研究对象，建立航拍监测体系。根据研究区的工程水土流失特点，确定区域内水土保持监测范围，本文以水土流失面积120hm2为例，监测方法主要为无人机遥感监测。依据预定的监测范围与时段进行水土保持监测，对研究区域的水土流失情况进行定量及定性分析，全面掌握水土流失区域防治措施的实施情况以及实施后的控制现状。

3.2 监测主要内容及成果应用分析

(1)地质状况的动态监测。①监测内容: 其中包括土地利用类型、土地扰动面积与地质演变情况等。②应用: 依据DOM成果和项目区平面布置图，勾划各片区的边界线。基于AcrGIS技术，计算各片区的土地扰动面积，同时注明各区的土地利用类型。还可以利用时间差比对监测结果，了解土地的演变情况。

(2)水土保持工程的监测。①监测内容: 主要包括取土场、堆放场以及弃土场的落实情况等。②应用: 依据DOM成果确定研究区内的取土场、堆放场以及弃土场，标识其具体位置，计算其具体数量。同时，还可以计算项目施工期间堆放场内弃渣量的变化，并从影像和三维模型中观察水土防治措施的落实情况。

(3)水土保护措施的监测。①监测内容: 主要包括物理工程措施、生物措施和其他临时防治措施。②应用: 依据DOM成果获取研究区的水土保护措施情况。物理工程措施的成果可应用于确定土地整治面积、工程及植物护坡位置和面积等；生物措施的成果可应用于确定绿化面积和植被覆盖度等；其他临时防治措施的成果可应用于确定临时拦挡位置及长度等。

(4)土壤流失情况的监测。①监测内容: 主要包括土壤流失面积、流失量及流失危害等。②应用: 利用无人机遥感技术获取土壤流失面积，结合地面观测所获得的土壤侵蚀模数，计算各片区的土壤流失量，还可以只依靠无人机遥感技术，根据植被覆盖度、土地利用类型等数据，代入方程及分类标准，获得土壤流失量、强度等数据。

(5)水土流失防治效果监测。①监测内容: 主要包括土壤流失控制比、林草植被恢复率及覆盖率等指标。②应用: 获得数据信息后代入各指标的计算公式即可，同时需检验其是否达到标准。

3.3 监测的预期成果及建议

(1)预期成果。无人机遥感技术在水土保持监测中的应用需及时提取有效数据信息，并做好原始记录，按照相关的规范标准，完备手续，检查数据的真实可靠性，以便逐一应用到监测工作中。针对水土保持及流失情况的监测，应建立数据库，并撰写相关的监测总结报告，其中应包括监测报告、监测数据、相应的监测图件和必要的影像资料。

(2)建议。无人机遥感技术的应用仍存在不足之处，在水土保持监测中还没有形成完整的技术路线，处于初级探索阶段[6]。例如现阶段无人机的搭载主要是可见光波段，也可以搭载热红外、高光谱等载荷，以便满足环境影响评价的不同需求。在监测水体及植被等要素时，搭载多光谱成像仪，更能全面地监测地表水环境质量和环境的动态演变情况，有助于客观评价项目对生态环境的影响。还可以研发各类采样设备，融合重量轻、体积小等优势。实现无人机低空采样分析，同时结合地面监测手段，为无人机遥感技术监测方法提供补充。在今后的监测中应制定相应的规范标准，并设置专门的技术试验区，使此项技术的应用更加标准化，形成系统化的完整体系，为水土保持监测工作提供更好的服务。

4 结语

随着科技的进步和信息化技术的快速发展，水土保持监测工作在要求高效率的同时，还向着智能化方向发展。无人机遥感技术不仅改进了传统的监测手段，还能提高项目监测的精度和自动化程度。通过本文分析可知，利用无人机遥感技术能收集区域内的数据信息，从而研究分析出各部分监测的内容，突破了传统监测技术的瓶颈，解决了精度低、区域局限性等常见问题，加快了水土保持监测领域的自动化发展。