无人机与遥感影像在小流域水土保持监测中的结合应用

刘春慧 毛亮

摘要：为了达到对监测的不同时段，不同地类情况的对比分析，提高踏勘效率，完成水土流失的监测成果报告，在湖南省常德市临澧县澹水河生态清洁小流域水土保持监测踏勘工作中，采用遥感影像与无人机航拍相结合的方法。该方法结合了遥感影像高效、全面、易獲取的优势，无人机航拍的机动性、实时性、覆盖率高等特点，可以在水土保持监测工作中大力推广。

关键词：小流域;水土流失监测;遥感影像;无人机航拍技术

一、临澧县澹水河生态清洁小流域概况介绍

为适应社会经济快速发展的新形势，搞好水土保持和水生态保护，实施国家水土保持重点工程，有效防止水土流失，改善小流域生态环境，按照湖南省水利厅《国家水土保持重点工程湖南省生态清洁小流域建设实施方案编制大纲》要求，临澧县水利局对开展国家水土保持重点工程生态清洁小流域建设高度重视，澹水河小流域的核心区域位于官亭水库库区范围，根据小流域内的水土流失现状、沟（河）道现状、污染源分布状况、人居环境现状及治理水土流失难易程度、改善库区生态环境后的效益分析等多重因素考虑，确定了水源保护型生态清洁小流域澹水河小流域的实施方案。

二、采用遥感影像与无人机相结合的使用方法，开展水土保持监测工作

为达到治理目标，保护库区水源，澹水河小流域建设的主要措施是水保林及经果林，尤其是靠近官亭水库的精品示范区。为了及时、准确的发现施工过程中水土流失情况，对小流域实施的前、中、后期进行遥感监测与无人机航拍相结合的监测方式，从而确保实施过程中水土流失在可控范围内，对官亭水库的水质不造成影响，最终达到治理目标，形成监测成果报告。

（一）前期小流域基底图的获取

小流域基底图能反映小流域治理前的基本情况，是反映治理效益的基准。小流域基底图的获取可以利用Mego Map软件下载谷歌遥感影像。遥感影像可以快速、全面的了解小流域各个治理图斑的地理位置，与敏感点官亭水库的相对方向及直线距离，治理图斑的植被覆盖率，周边交通条件，人居环境等内容。然后将遥感影像图与小流域的地形测绘图进行叠加，判读前期水土流失情况，结合小流域治理实施图，确定水土流失监测的重点图斑。在监测图斑的基底图上添加高程、道路等内容，下载生成小流域基底图。

对基底图进行分析，明确各个治理图斑的布设措施，具体实施时段，从而确定水土保持监测分区及监测点位的布设，为监测计划的制定提供依据。

（二）利用无人机航拍获取施工过程中的监测信息

施工开始后，开展水土流失全面监测。水保林、经果林等面域治理图斑的监测，通过地面观测很难达到预期目的。利用无人机航拍，能在短时间内获取大面积的监测信息，对航拍影像进行判读，能快速了解林草措施的成活率、植被覆盖率等信息，为补植苗木数量计算提供依据。

按照监测计划，在施工期、设计水平年的7～9月份各开展一次小流域植被情况的监测，对水保林、经果林采用无人机航拍，以澹水河小流域精品示范区的水保林、经果林图斑为例，图斑面积在8hm2左右，为了达到航拍判读效果，采用大疆无人机“悟”inspire 2，搭载禅思X5S云台相机，根据监测图斑的周边环境，设置无人机的飞行高度在80m～120m之间，采用正射投影的拍摄方法，拍摄时航向重叠度控制在80%左右，旁向重叠度大于65%。

航拍时通过调整飞行高度，获取图斑的全局影像及局部影像，为了确保航拍影像的清晰度，一般采用静态拍摄，再利用重叠度合成较大区域或线性图斑的整体影像资料。在各时段拍摄时，尽量于固定点位进行，以便于后期对比分析更容易提取对照信息。

无人机航拍结束后，影像资料按照图斑名称、航拍时间、施工时段等进行命名、分类、整理，利用Pix4Dmapper对航拍影像进行一键式处理，包括初步处理、空三加密、数字表面模型和正射影像图处理。对不同时段的同一图斑航拍照片进行对比分析，提取水保林、经果林的植被覆盖率、结合地形图坡度，测算不同时段的水土流失量，并记录航拍资料监测信息，监测植被措置治理效果，形成季度监测报告，作为后期年度报告的对比分析基础材料。

无人机航拍施工过程中的水土流失情况，如施工期遇暴雨后的现场情况、开挖土方布设渠道、截排水沟等，一般用于后期汇报，项目施工存档的影像资料，可采用动态俯拍，便于记录真实的水土流失过程，更形象更直观的形成监测汇报成果。

三、遥感影像与无人机航拍技术相结合，在监测成果方面的应用

在监测后期，对小流域水土保持措施进行汇总，措施布设后的水土流失治理效果分析，可以通过判读无人机影像、无人机航拍照片，与施工前进行对比分析，将正射航拍照片与前期小流域基底图进行叠加，分析DEM数据特征，明确土壤侵蚀强度。

将遥感影像与无人机航拍照片进行叠加分析的具体步骤：①缩放各时段、各图斑航拍照片，与基底图比例一致; ②插入航拍照片到CAD基底图中，并将其置于底层进行叠加;

③与原基底图进行对比，标注水保措施信息、实施时间等信息;④生成对比分析图，完成监测成果报告。根据前、中、后期监测信息，分别按照施工时段编写水土保持监测季报、年报、汇报资料等。

结语

遥感影像与无人机航拍技术的结合，能更高效的获取大面积、地形复杂的水土流失监测信息，降低了小流域水土保持监测的成本，新技术的应用对水土保持“天地一体化”建设起到了积极作用。遥感影像技术的不断发展，无人机航拍设备、相关影像数据处理软件的开发，必将推动水土流失监测事业的长足发展。

参考文献：

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通讯作者：刘春慧，工程师。

资助项目：湖南文理学院博士启动基金项目No.17BSQD20和No. 16BSQD15;常德市重点项目（2015SK01）;常德市重点项目“生态海绵砖技术研发”。