无人机遥感技术在水土保持监测中的应用

白峰 马小真

摘 要 水土保持监测是调整水土流失的基础措施，也是国家生态文明建设决定和考核的重要依据。由于卫星遥感影像大多数应用于大范围监测工作，影像质量受到云层、雾霾等自然因素的影响，导致影像分辨率未能达到实际要求，严重阻碍水土保持监测实施。从总结和分析监测数据、获取水土保持生态建设基本监测信息、获取处理原始航拍信息及监测水土流失等方面介绍了无人机遥感技术在水土保持监测中的具体应用。

关键词 无人机;遥感技术;水土保持监测

中图分类号：S157;S127 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.02.074

无人机遥感技术的出现为水土保持行业提供诸多便利。合理应用无人机遥感技术能够拍摄出清晰图像，无人机在空中不受任何影响准确获取指定地区面积、体积等重要数据，对水土保持监测技术未来发展产生积极影响[1]。

1 无人机遥感技术概述

1.1 概念

无人遥感技术主要包含GPS技术、无人机飞行技术、计算机技术，无人机遥感技术能够对相关监测设备进行相应管理，执行监测任务明显增多，适用于很多复杂地势，为工作人员监测工作提供便利和帮助，及时发现观察地区环境信息和地势特点。因此，建模在分析和处理相关数据过程中充分体现出无人机遥感技术的优势和作用。

无人机遥感技术在应用中需要很多不同种类的设备，其主要包含飞行器、控制器等，飞行器具有电气设备、航空设备平台、动力设备等。该项技术在使用过程中借助控制台管控飞行设备流程，通过观察区域的水土相关信息对其进行采集，然后传送到遥感监测部门实行专门处理和调整，从而获取完整水土数据。

无人机遥感技术在水土流失观测过程中具有可靠性、有效性较强，拍摄范围广阔等特点。由于无人机遥感机身不大，在工作中体现出较强适应能力，可以适应地势较低地区，对气候温度要求不高，在任何情况下都能保持正常工作。因此，只需根据实际情况对平台进行良好控制，改善飞行器运作情况，就能对指定地区实现全方位监测。

1.2 具体优点

遥感技术是非接触、远距离的探测技术，其借助传感器获取地面相关数据，利用数字化方式得到所需产品，从而在水质动态监测行业实现广泛应用，获取诸多相关成果。尽管如此，卫星遥感影像依旧因云层而产生实际影响，导致影像数据采取期限、时间、分辨率等受限严重限制，不能对水质污染进行及时检测。随着科学技术不断提升，无人机遥感技术也实现了广泛应用。无人机遥感技术主要将无人飞行器作为承载设备，自身摄像功能、多元化成像技术等数字化设备在空中进行拍摄和观察实际情况，收集地面信息数据。同时，借助遥感技术对影像信息获取监测数据。和传统卫星的航天遥感技术相比，无人机遥感技术可通过无人机在云层下飞行，完成云层下方拍摄，从而控制和改善卫星光学遥感和普通航空摄像产生的不良影响和问题;其自身具有高效率、高分辨优势，也有稳定的重复周期。因此，遥感技术利用自身灵活性强、体型小、消耗能量少、监控范围广及成本低等优势在工作中发挥重要作用[2]。

1.3 特点

无人机遥感技术通过无人机对地面采集相关信息，借助计算机产生三维图像，从而使整个系统发挥作用和优势，其技术主要表现在以下4个方面。1）拍摄具有高效准确性。如果无人机飞行高度在1 000 m内，收集地面信息的航拍准确度在0.5 m左右。2）应用成本较低。无人机在应用过程中自身体型较小，具有操作便利、构造简单、飞行速度快等优势，体现出较强的适用能力。通常在飞行过程中，恶劣天气不会对其运行造成较大影响，从而减少拍摄费用。3）操作快捷、可靠。在进行监测过程中对外界没有针对性要求，能够实现快速提升，操作方便、快捷、简单;同时，不会因外界不良天气对其产生影响，具有较强安全性和可靠性。4）拍摄方便，具有较高分辨率。无人机能对飞行航线进行合理控制，借助相应要求在不同角度下进行拍摄，在对监测范围进行拍摄时可借助垂直方式采集相关信息;针对复杂构造选择斜向方式采集细致化构造数据，促进成像显现出更加清晰的效果。因此，通过无人机遥感技术自身优势，有效处理复杂构造间产生的相关问题，从而获取完整影像信息和监测图像文件。

2 传统监测技术的相关问题

2.1 监测范围具有局限性

人工调整已经不适用新时代发展状态，其对指定区域造成很大影响，只能在小范围区域进行监测，其问题大多数来源于人为因素，导致监测准确度无法达到相应标准，不能发挥动态监测作用。在对大区域进行监测过程中，因人员数量严重缺失，未能将监测人员进行合理分配，在对监测区域内危险地带进行监测过程中，人力不能采集相应信息[3]。

2.2 采集信息方法单一化

1）严重缺少研究精力和成本，不利于监测内容统一化、完整化，不利于社会文明建设、生态环境稳定。2）大多数设施仪器都会通过人工对其进行操作、应用，导致数据收集效率不高、准确度不可靠，不能对动态监测进行实时记录。因此，监测技术不完善依旧是最主要的问题，需要对水土保持监测数据采集技术进行升级，才能更好发挥其作用。

尽管无人机遥感技术从测试环节上升到工程应用，但其技术能力仍然发挥不了实质性作用，无法建立健全的监测机制。因此，应当结合当前工作地区施工项目，借助无人机遥感技术快速获取研究区域的相关信息，全面分析和研究地区监测的所有内容，弥补传统监测技术缺失，有助于水土保持监测机制向智能化、高效率和低成本方向迈进。

3 无人机遥感技术在水土监测中的应用要点

3.1 获取监测数据

无人机遥感技术是当前较先进的遥感技术，应用效果会引导诸多专业人员对其进行关注和重视。为了避免该项技术在应用过程中出现不良损失和影响，操作人员在对其进行设计过程中需要做出详情计算和程序编程。无人机遥感技术在进行水土监测过程中，设计人员必须对无人机的运行轨道进行良好设计，防止意外情况的发生，从而产生不必要的经济损失。在对当地情况进行具体分析和研究过程中，通过无人机运作对功能进行合理设计。同时，要对无人机工作区域的气候和地势进行详情分析和调查，要求无人机在设计中不会因障碍物形成阻碍和影响。此外，操作人员需安排合适现场进行起飞测验，保证无人机拍摄具有良好清晰性、事物辨别度等，通过相关技术进行相应改善和处理。无人机科学利用GPS定位系统对调查事物获取准确定位，有效确定无人准确定位的具体位置，有助于工作人員对数据采取相应处理，获取可靠信息数据，促进相关数据信息应用到工作中[4]。

3.2 遥测数据数字化

无人机遥感技术在应用过程中必须安排人员对相关数据进行处理。针对拍摄的实际图像，工作人员必须将遥测拍摄到的原有数据进行初步处理和分析，其主要作用是对无人机摄像方位进行调整，有助于拍摄事物处理方式更具合理化，确保拍摄达到质量标准。工作人员在拍摄过程中需要将摄像头调整到原来状态，按照规定要求进行拍摄，保障摄像处理的数据都能达到最佳效果。通常情况下，事物在拍摄过程中需要对摄像机进行合理调整，保证摄影设备的实际参数和实际拍摄效果达成一致。此外，与实际定位系统产生实质性联系，加强对GPS系统的相应分析和处理，保证摄影技术和三维定位相互协助，从而形成智能化系统[5]。

4 无人机遥感技术在水土保持监测中的具体应用

4.1 总结和分析监测数据

在对水质信息监测分析和处理中主要包含无人机遥感信息和地表监测信息2方面。无人机遥感信息和多光感传感器配置软件将影像导出，通过辐射校正后得到光谱反射率数据。地面监测数据具体包含水质自动监测信息和人工勘测设备采集信息，自动监测数据在监测系统中保持持续检测、保管和远程传送诸多水质信息，人工测点收集数据主要依靠信息化技术，通过信息技术收集相应模块，有效对水质采集设备数据进行保管和上传。无人机遥感水质检测信息体系主要借助TCP/IP将无人机遥感信息和地表监测信息传送到监测控管控部门，该部门对获取的水质信息进行专门分析和处理，在相关应用平台显示，从而实现实时监测效果。水质监测信息的集成主要通过信息收集、数据处理、平台系统等部分同时完成相应工作，监测中心借助网络平台发送指令，平台系统快速處理信息，产生信息处理工作，在发送情况下激活网络迅速发出对应信息，这种方法不仅具有较强有效性，同时不会占据很多资源。

4.2 获取水土保持生态建设基本监测信息

研究水土保持生态建设监测信息，其具体内容包含数据种类、监测对象位置数据和长度、面积数据等，主要是借助正射影像得到相应数据。针对土地信息使用种类获取方式，借助人工识别航片和规划区域的方式完成数据获取工作。1）针对具有独特性地物，尤其是施工场地、植被等，需要人工对其作出有效诊断，或通过绘制矢量图完成。2）主要针对监测区域，在刚开始建设地表解释图标过程中，利用面向对象的方法，借助多尺度分割成像技术，计算出监测对象的形状数据，将数据进行有效整合，构建成规则集，对土地信息采取处理和分类。3）在提取监测对象的位置时，结合地理信息系统并借助数字模型，直接获取监测对象指定位置信息。4）在获取对象长度和面积过程中，利用土地应用类型获取相应方法，通过人工区分方式，借助地被监测对象长度进行准确测量，计算出相应面积。

4.3 获取处理原始航拍信息

针对航拍无人机安装的全球定位系统、观测单元、应用水土保持生态建设监测的独特传感器基础上，航拍收集相关数据，从而获取相应信息。同时，严格按照监测条件，在无人机上装置实时信息传送设备。很多不同设备安装完成后，借助无人机航拍获取实际图像信息，通过无人机获取影像信息，还能得到无人机拍摄数据量、分辨率、高度等数据，并进行相应实时记录，为遥感影像提供良好帮助。

4.4 监测水土流失

水土流失一直保持动态性变化，相关人员需要结合实际情况应用合理监测方法，有助于遥感技术适用于预防水土流失。由于卫星遥感影像和监测功能不同，其两者特点也存在明显不同。借助气象卫星进行大范围地面监测，对其时间提出高要求，以减少处理信息成本。同时，像元反映的数据具有较强地区特点，大多数适用于范围大、植被覆盖茂密的地区。经对比，卫星资源自身具有很多优势，不仅可以获取更多地表信息，还能延长应用时间，获取准确数据。要想达到水土流失监测需求，在水土保持监测中可利用工程项目地区的遥感影像发挥重要作用，借助GPS监测项目位置的地形、气候、土地使用等情况，将遥感影像和其他数据变化发挥实际作用，创建完整的水土流失数字模型和对应的监测数据区域，结合监测结果获取相应信息，为水土流失监测信息的精确性奠定基础。

5 结语

随着科学技术的不断提升，信息化技术快速发展，水土保持高质量监测的同时，沿着智能化方向迈进。无人机遥感技术不仅能改善传统监测方法，还能提升项目监测的准确性和自动化水平。根据实际情况，借助无人机遥感技术在规定区域实现信息采集工作，深层研究各方面监测内容，调整传统监测技术，从根本上解决相关问题，为水土保持监测领域的智能化发展奠定基础。

参考文献：

[1] 曾宏琦，文承荣.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].广东水利水电，2019（8）：91-95.

[2] 谢金亮，刘慧芳.无人机遥感在生态修复中的应用[J].有色冶金节能，2019，35（5）：40-43.

[3] 王新，陈武，汪荣胜，等.浅论低空无人机遥感技术在水利相关领域中的应用前景[J].浙江水利科技，2010（6）：27-29.

[4] 舒莹.无人机遥感技术在水土保持中的应用[J].中国高新科技，2020（7）：77-78.

[5] 卞雪.基于无人机低空遥感影像可见光波段的植被覆盖率研究[D].南京：南京农业大学，2017.

（责任编辑：张春雨）