开发建设项目水土保持无人机监测技术应用

阎丽凤

(灯塔市万宝桥街道办事处，辽阳 灯塔 111300)

为准确反映开发建设项目水土保持现状，工程中比较常用的手段是水土保持监测，对维持生态系统平衡以及科学实施水土保持措施具有现实意义[1]。其中，传统的监测方法有资料分析、现场观测等。因具有精准度高、便捷性好、操控性强等特点，在水土流失强度、位置、时间精确判定方面，现代新型无人遥感技术具有较强实用性，对于推进信息化、现代化监测发挥着积极作用[2]。

1 传统监测技术现状

为保持开发建设项目区生态稳定，及时控制水土流失，必须在水土保持监测过程中引入各种现代化技术，以治理措施、水土流失危害程度及其区域位置为研究对象，系统、全面地评价与监测整个项目区，从而为开发建设项目的顺利实施提供有力的支持。水土流失对生态环境的危害较大，受诸多条件限制传统监测技术存在许多问题，如何全面、高效地监测水土流失越来越引起工程技术人员的关注[3]。结合工程实践，归纳总结的传统监测技术缺陷如下：

1)数据采集滞后。数据采集主要受研究经费不足、人工操作精准度较低等因素的制约，经费不足难以全面覆盖监测范围，这与可持续发展及生态文明建设的要求不符；另外，人工操作无法满足数据精准度与信息采集效率的要求，难以有效记录动态化监测记过。总体而言，有必要更新变革数据采集技术，进一步提高监测技术水平。

2)监测区域受限。人工调查的监测方式具有较高的区域规模要求，其受人为因素影响较大且仅适用于小范围的监测，动态监测时精度较低无法满足规范要求。对于大区域范围或高危地带的监测，由于数据采集人员较少难以靠人力完成作业，或者对人员分配产生影响。

3)自动化水平低。在各种信息化、现代化新型技术快速发展的情况下，自动化设备正逐渐替代传统的监测工具成为当代的主流。无人机遥感技术具有效率高、成本低等明显优势，在开发建设项目水土保持监测中的应用日趋广泛。该技术通过对数据信息的准确收集、及时处理生成动态监测图像，并已成为当前的研究热点之一。目前，尽管已经实现从试验到使用阶段的过度，但无人机高燕技术还不成熟，尚未形成系统、完善的监测体系。

2 无人机监测技术

2.1 基本定义

无人机遥感技术是综合利用计算机、GPS、飞行等一系列先进技术，以无人机作为中间载体实现数据信息的快速获取、准确分析、有效处理的新型技术。随着遥感传感器和数据化探测设备的不断更新，该技术能够获取满足不同项目需求的数据信息，其适用范围日趋广泛，现已成功应用于突发事件调查、水利水电、土地利用监测等诸多领域。

无人机遥感技术相对于传统的监测技术，其具有更高的影像风变绿，通过合理设置飞行时间、高度和速度等参数获取分辨率较高且符合精度要求的影像。同时，结合实际任务需求无人机遥感技术能够设定飞行频次与路线，实地实时的完成水土动态监测[4]。

2.2 主要特点

无人机遥感技术利用计算机处理收集到的地表数据信息，可以生成研究区三维图形，从整体上实现系统的优化，其技术特点如下：

1)拍摄精度高。合理控制无人机飞行高度50-1000m，该条件下可以采集航拍精度为0.1-0.5m的地表数据信息。

2)成本低且实用性强。无人机结构简单、身形矫健且轻巧，飞行作业过程中具有较强的外界环境适应性，不受雨雪等条件的限制，并且操作灵活自如。一般情况下，以低空飞行作业为主，拍摄设备及机身投资成本较低。

3)安全性好且操作简单。野外作业时，无需特定的外在条件即可快速升起监测，操作比较简单。另外，作业时不受酷暑、严寒等其它天气条件的干扰，具有较高的安全性，遇到空中救援指挥、危险区域调查等突发状况时不会产生人员伤亡。

4)分辨率高且拍摄边界。考虑实际需求无人机可以实现多角度拍摄，飞行航线的控制比较简便，对于复杂结构或一般监测区域，可以采取斜向和竖向拍摄的方式收集数据信息，成像清晰能够符合要求。该技术能够有效解决原始数据因复杂结构相互作用而掩盖的问题，充分利用拍摄便捷的优势获取完整的监测图件和详细全面的影像信息。

3 无人机监测技术的应用

将无人机遥感技术用于水土保持监测中，可以快速准确的反映开发建设项目区水土流失情况，对于科学合理的制定治理方案及提供有效的决策依据非常重要[5]。目前，无人机监测主要有信息应用、数据转换、基础信息提取等流程。通过调查监测现场情况采集地形图量测数据，为更加科学高效的开展水土保持监测工作提供保障。

3.1 方案设计

以义县大凌河生态文明示范区一期工程为例，该工程有土方开挖、料场开采、施工场地布设及运输车辆行驶等一系列人为扰动破坏，不可避免的破坏原声地貌，损坏现有地表植被，建设期间将会产生大量水土流失，如不注意水土保持，必将对河流的行洪安全以及周围生态环境造成威胁，必须加大力度治理周围河流的水土流失问题。

从维护良好生态环境和保护水土资源出发，利用无人机遥感技术对生产建设过程中的水土流失以及各类防治措施效果做适时监测。工程监测的重点地段为土料场防治区，结合现场地形地貌与施工图构建航拍监测体系，按预先设定的监测时段与范围，通过无人机监测定量评价研究区水土流失情况，从而反映工程造成水土流失的成因、数量、强度、影响范围及后果，并为施工期各项水保措施设计和运行期实行监督管理提供依据。

3.2 监测内容

1)地质状况监测。监测内容主要有地质演变情况、土地扰动范围、土地利用类型等，以项目区平面布置图和DOM成果为依据勾划各片区扰动面积，然后利用Arc GIS技术确定各片区扰动范围，并注明其所对应的用地类型。此外，将监测结果按时间差分比对还可掌握土地演变状况。

2)水保工程监测。监测内容主要有弃土场、堆放场和取土场的落实情况等，以DOM成果为依据合理确定弃土场、堆放场和取土场，准确计算具体数量并标识具体位置。此外，通过计算堆放场内弃渣量在项目施工期间的变化情况，并运用三维模型和影像可以观察水保措施落实状况。

3)水保措施监测。监测内容包括其他临时防治措施、生物、物理和工程措施等，以DOM成果为依据提取开发建设项目区水保措施数量。对临时护栏长度及位置的确定可以应用其他临时防治措施监测成果，而植被覆盖度、绿化面积等参数的确定一般应用生物措施监测成果，对于植物与工程护坡位置、土地整治面积等参数的确定要应用到物理工程措施的监测成果。

4)土壤流失监测。监测内容包括土壤流失危害、流失量、流失范围等，土壤流失面积的获取可以利用无人机遥感技术实现，以观测的土壤侵蚀模数为依据准确计算各片区的土壤流失量。此外，将土地利用类型、植被覆盖度等数据代入方程，运用无人机遥感技术按分类标准还可获取水土流失强度、土壤流失量等数据。

5)防治效果监测。监测内容包括林草植被覆盖率、植被恢复率以及土壤流失控制比等参数，以各指标计算公式为依据，将获取的数据信息代入公式计算并检验其是否达到标准。

3.3 预期成果

在水土保持监测中应用无人机遥感技术时，需要做好原始记录及提供有效的数据信息，严格执行相关规范保证手续的完备性，并对数据可靠性、真实性进行检查，从而为监测工作中的实际应用提供支持。对于监测的水土流失以及水土保持信息要建立数据库，并撰写包括必要影像资料、相关监测图件、监测数据等内容的报告。

实际应用时无人机遥感技术还存在许多不足，现阶段尚未形成系统成熟的技术路线，在水土保持监测中的应用还处于初级探索阶段。例如，目前无人机监测仍以可见光波段为搭载，为满足不同环境影响评价需求也可搭载高光谱、红外线等载荷；在植被、水体等要素监测时搭载多光谱成像仪，能够更加全面地监测地表环境、水体质量的动态扬鞭过程，为生态环境受项目建设的影响评价提供支持；此外，考虑体积小、重量轻等优势还可研发各类采样设备。结合地面监测手段实现低空采样分析，为开发建设项目监测提供补充。在未来监测中应设立专门的技术试验区和相应的标准规范，实现无人机技术应用的程序化、标准化，并以完整的技术体系提供更加系统的水土保持监测服务。

4 结 论

随着信息化技术的发展和现代科技的不断进步，在要求高效率的同时水土保持监测工作正向智能化方向发展。无人机遥感技术不仅大大提高了开发建设项目水土保持监测的自动化水平和监测精度，而且实现了对传统监测方法的优化改进。研究表明，对开发建设项目水土保持数据信息利用无人机遥感技术获取，解决了传统监测技术存在的区域局限性、精度低等问题，通过对各部分监测内容的研究分析突破了传统技术瓶颈，为实现自动化监测水土保持提供了技术支持。