張君

摘 要：由于我國水土流失面積大、分布廣，傳統(tǒng)的水土保持研究和調(diào)查方法已不能滿足目前水土流失數(shù)據(jù)采集的需要。無人機遙感作為一種新型的遙感平臺，為水土保持監(jiān)測、監(jiān)管等相關(guān)工作提供了一種可以及時、準確、高效地獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：無人機;遙感;水土保持;監(jiān)管;監(jiān)測

中圖分類號：S127;S157 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0206-02

0 引言

隨著我們科學和技術(shù)的不斷進步，科學和技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了更好的利用。特別是在土壤保護監(jiān)測、高水平遙感和越來越多的使用和控制無人機技術(shù)方面，在水土保持監(jiān)管的過程中，工作人員可以通過高水平的遙感和無人機技術(shù)來最大限度地提高效率和工作能力。

1 關(guān)于無人機

1.1 無人機簡介

無人機技術(shù)是一種無人機飛行平臺技術(shù)，它可以通過飛機上搭載的計算機或無線遙控進行控制。安裝了小型高清晰度數(shù)碼相機，利用慣性導航技術(shù)和衛(wèi)星無線電通信技術(shù)進行低空飛行，并迅速獲得地面影像數(shù)據(jù)。它由兩部分組成：硬件部分主要是航空載載系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)。軟件主要包括飛行控制，航道設(shè)計，攝影檢查，數(shù)據(jù)預處理等系統(tǒng)。無人機（UAV）是一種能夠獨立執(zhí)行計劃飛行任務的綜合程序控制。早在第二次世界大戰(zhàn)之前，無人機原型機就出現(xiàn)了，應用于軍事訓練。在20世紀90年代，隨著通信和信號處理技術(shù)的進步，特別是自動駕駛儀的進步，無人機得到了相當大的發(fā)展。到目前為止，無人機幾乎已經(jīng)形成了航空攝影領(lǐng)域的綜合技術(shù)。無人機（UAV）已經(jīng)成為遙感設(shè)備的信息平臺，如使用激光傳感器，微型單反相機和高分辨率航空攝影機來獲取信息，然后由計算機處理圖像信息，并能根據(jù)需求做出相應的維度，這是航空攝影測量、遠程控制、遙感、視頻圖像傳輸結(jié)合3D數(shù)字圖像處理技術(shù)的新應用技術(shù)。

1.2 無人機的優(yōu)勢

低空無人機可以獲得高分辨率的圖像。這項技術(shù)解決了大型飛機和衛(wèi)星在云層覆蓋下偏離目標區(qū)域的航空攝影問題，并填補了遙感航空攝影的不足，耗時等問題。傳統(tǒng)的航空遙感技術(shù)受到更高的經(jīng)濟成本，因為許多因素，如傳感器、目標空域、航空平臺等。小型無人機有便宜、無人駕駛、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。它們不僅可以在海拔較低的小范圍內(nèi)很快獲得高清晰度遙感的結(jié)果，而且有利于補充傳統(tǒng)的大型航空遙感的細節(jié)。一般來說，無人機技術(shù)的優(yōu)勢主要包括以下幾個方面：高空作業(yè)不受云層的影響，而是在云層下面飛行。其結(jié)果是多種多樣，不僅是大型飛機和衛(wèi)星的量私營商等傳統(tǒng)模型，還可以從多種角度綜合收集地形和地形數(shù)據(jù)，支援三維景觀模型、數(shù)碼曲面模型等。著陸場要求少，著陸方便，靈活，準備程序簡單，不受地形限制。它可以對人體無害，實現(xiàn)對危險區(qū)域或交通不便區(qū)域的監(jiān)測和檢測。旋翼可以對特定的地物進行靜止航向測定，也可以對固定區(qū)域進行重點航向測定。工作效率高，應急能力強，時間短。生產(chǎn)成本低，維修簡單，維修成本低，操作人員培訓相對簡單。

2 無人機遙感技術(shù)特點

2.1 低廉成本，高效快捷

無人機有事先計劃好自己的拍攝，無線電輸送設(shè)備和外部控制點的操作控制，才能獲得更準確的航空拍攝和云數(shù)據(jù)。無人機也有自我檢測能力。出現(xiàn)故障時，自動返回原點，等待操作員修理故障。目前，無人機可以在12小時內(nèi)獲得一條約300千米的直線工作的空中圖像，大大提高了土壤保護研究的效率。

2.2 操作簡單靈活

無人機可以在15到30分鐘內(nèi)安裝、調(diào)整、裝載和降落。需要低著陸和起飛地點。無人機攜帶的雷達設(shè)備可以穿過森林植被獲得地表信息，達到載人飛機無法到達的空域和高度。高空間分辨率和數(shù)據(jù)精度。由于無人機在低空飛行，在高精度的數(shù)字成像設(shè)備中，能力覆蓋或垂直傾斜。遙感圖像的分辨率可以達到毫米/厘米。土壤保護控制措施可以得到實施。在三維測量范圍內(nèi)，NG圖像處理軟件、數(shù)據(jù)和地形圖、數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)、數(shù)碼束數(shù)據(jù)和圖像（DOM）自動生成，大大提高了水土保持數(shù)據(jù)的精度。

3 無人機遙感水土保持應用實踐

3.1 生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測

開展水土保持監(jiān)測是《中華人民共和國水土保持法》的剛性要求，這是一項法律義務，必須由生產(chǎn)單位承擔，由生產(chǎn)單位本身執(zhí)行，或者委托給第三個機構(gòu)，以及主要建設(shè)同步開展。生產(chǎn)建設(shè)活動通常具有占地面積大、擾動范圍廣的特點，尤其是線狀項目，生產(chǎn)活動和建設(shè)特點通常面積大的和范圍廣，特別是在線性項目，監(jiān)測單位很難通過傳統(tǒng)的巡查和踏勘的方式完成全部監(jiān)測工作。無人機的低海拔遙感已經(jīng)成為監(jiān)測生產(chǎn)和建設(shè)項目土壤和水保護的新技術(shù)手段，因為它們的準確性、及時性和全球性質(zhì)。

3.2 控制生產(chǎn)和建設(shè)項目的水土保持監(jiān)管

對生產(chǎn)和建設(shè)項目的水土保持監(jiān)督性監(jiān)測?？刂平ㄖ椖康暮退帘３直O(jiān)測。

（1）建設(shè)項目的生產(chǎn)控制和土壤保護控制是生產(chǎn)單位在生產(chǎn)控制和土壤保護控制方面的單獨的建設(shè)性工作。這是政府權(quán)威和公眾利益的行為。監(jiān)測土地保護和產(chǎn)品建設(shè)項目的執(zhí)行情況，由政府和環(huán)境部授權(quán)的專門控制機構(gòu)實施的兩種控制形式。管理處服務水利偵破并停止違反養(yǎng)護土壤、監(jiān)督、管理和控制的執(zhí)行提出了建議，有效監(jiān)督管理水和土壤及提供技術(shù)支持。監(jiān)測單位也可使用遙感監(jiān)測系統(tǒng)來控制范圍、面積、強度和數(shù)量的措施防止水土流失的生產(chǎn)和建筑項目，以確保執(zhí)行水和土壤養(yǎng)護。預防，土壤保護。在比較控制單元確定的土壤保護措施的責任標準時發(fā)現(xiàn)的侵權(quán)行為可能集中在防止土壤侵蝕方面。分析建筑項目與生產(chǎn)中斷項目的符合性，為生產(chǎn)建設(shè)項目提供監(jiān)測數(shù)據(jù)和土壤和水保護依據(jù)。

（2）水土保持與生產(chǎn)建設(shè)項目相結(jié)合，是防治水土流失和破壞地表條件的責任范圍。廢物控制、數(shù)量和位置控制、水土保持措施實施、遙感影像高分辨率制作、采集、技術(shù)信息等終端移動建設(shè)項目全面實施?，F(xiàn)場采集可歸納為四個方面：建設(shè)項目用地擾動、用地（石料）、（石材、礦渣、廢渣現(xiàn)場、施工引起的水土流失及水土保持措施的實施）。

3.3 國家水土保持重點工程“圖斑精細化”管理

按照《全國水土保持信息化工作2017—2018年實施計劃》，各流域組織和省級水行政主管部門負責分工，以美麗的圖章為單位，對重點工程進行管理，對施工項目和地面控制項目的控制和驗收是否按現(xiàn)行辦法進行檢查?；虺闄z應符合設(shè)計，并采取措施改變圖的描述和竣工驗收carte.si比例真實，動作質(zhì)量合格等。無人機遙感系統(tǒng)的實時性、靈活性、綜合性等特點，為在建重點工程的驗證和工程驗收試驗提供了強有力的技術(shù)支持。

3.4 除了上述水土保持監(jiān)督和監(jiān)測工作之外，無人機還可以用于以下工作

（1）小型流域綜合土壤保護管理的初步設(shè)計。初步設(shè)計應在國家綜合流域管理項目實施前完成。首先，獲得基本資料，土地使用河流流域、森林覆蓋、斜坡、類型和強度土壤侵蝕。傳統(tǒng)方法是獲得實質(zhì)性數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上流域的地形圖、實地調(diào)查和統(tǒng)計圖表，并擬訂各種措施養(yǎng)護土壤的軟件。然而，一些河流流域沒有大規(guī)模的地形圖，也無法為不同的測量提供精確的空間布局。獲得的計劃通常缺乏地理信息，如經(jīng)度和緯度，無法定位和管理測繪點，給后續(xù)測量地圖點的存儲和“圖斑精細化”管理帶來諸多不便。根據(jù)這些條件，可以在設(shè)計衛(wèi)星遙感圖像，無人機遙感影像、地形圖的基礎(chǔ)上的項目區(qū)域土地利用、水土保持措施，邊坡和植被覆蓋狀況等解釋和計算，使用GIS及相關(guān)軟件，采用人機互動地圖的方法的水土保持措施，完成水土保持措施的布局，它能保證流域地貌措施的種類和范圍，使流域綜合治理更加科學合理。

（2）水土保持設(shè)施驗收。建設(shè)項目生產(chǎn)的接收和檢查設(shè)施的土壤和水資源保護、技術(shù)評估無人機遙感系統(tǒng)的養(yǎng)護措施著重于水和土壤數(shù)量、面積、質(zhì)量和保存情況分析和防治范圍內(nèi)水土流失擾動的土地復墾率和程度、水土流失總量和植被恢復率等六個采取預防措施并抽查相符;跨越無人區(qū)和山區(qū)的直線工程，可以利用無人機進行遠程檢測，實現(xiàn)所有必要的防控措施，并及時反饋檢測結(jié)果，確保水利設(shè)施的檢測。無人機遙感技術(shù)可以大大縮短驗收評估時間，提高工作效率，避免人為因素的干擾，提高驗收評估的標準和可靠性。

（3）土壤侵蝕危害研究。典型的水土流失破壞形式有滑坡、泥石流、沙塵暴、洪水等。通過無人機遙感系統(tǒng)和GIS空間分析，可以快速、準確地評估位置，災難的影響范圍和程度的災難事件，預測和警告災害的發(fā)展和演化，并提供決策支持，人員疏散和轉(zhuǎn)移受災地區(qū)的防災和救災。

4 無人機遙感技術(shù)在實際水土保持監(jiān)管中的具體應用

（1）具體目標和技術(shù)創(chuàng)新。水土保持的規(guī)定，它的主要目標是全面、生產(chǎn)建設(shè)項目的全過程監(jiān)督，所以當高分數(shù)的無人機遙感技術(shù)還需要生成數(shù)據(jù)報告，審查和批準，審批過程中需要保持水土保持方案、水土保持監(jiān)督的過程中，如何保持水土保持建設(shè)和水土保持監(jiān)測的評價驗收以及各個階段如何進行嚴格審批。確保所有生產(chǎn)建設(shè)項目都有相關(guān)的動態(tài)信息，各級管理人員能夠隨時隨地開展水土監(jiān)測工作，了解項目進展情況，發(fā)現(xiàn)施工過程中的問題，及時解決問題。技術(shù)創(chuàng)新的主要手段是土壤和水的深度集成監(jiān)督業(yè)務和現(xiàn)代信息技術(shù)、空間技術(shù)等新興技術(shù)，和使用真正的好結(jié)果和遙感技術(shù)監(jiān)測土壤侵蝕的問題在實時生產(chǎn)建設(shè)項目，干擾地球表面的面積，對預防和控制的范圍和責任。

（2）開展生產(chǎn)建設(shè)項目基本信息的入庫，對信息系統(tǒng)進行監(jiān)督管理。信息系統(tǒng)得到升級，更好地應用高分辨率遙感和無人機技術(shù)。新制度可以在基層和市級進一步發(fā)展和應用，真正實現(xiàn)監(jiān)管制度相關(guān)信息的交流和共享，確保上下級之間的協(xié)調(diào)。系統(tǒng)升級后，現(xiàn)有的矢量數(shù)據(jù)可以由系統(tǒng)存儲和輸入。這樣，高分辨率遙感與無人機遙感信息可以更好的交流。同時，系統(tǒng)的運行環(huán)境也發(fā)生了變化。

5 問題與思考

在生產(chǎn)和建設(shè)項目中，無人機遙感在土壤保護監(jiān)測中的應用仍處于探索階段。

（1）垂直精度不足。精度測試表明，DEM高度誤差在2到5米之間，提取的體積數(shù)據(jù)不夠精確，不能直接使用。

（2）提取與土壤保護監(jiān)測有關(guān)的數(shù)據(jù)。土壤和水保護的信息必須由熟悉工程條件的技術(shù)人員通過人工干預提取。

（3）對天氣有很強的依賴性。工程現(xiàn)場的天氣狀況對無人機測試結(jié)果的質(zhì)量影響很大。在云、雨、雪等惡劣天氣情況下，無法達到精度要求的監(jiān)測結(jié)果。

（4）投入成本很高。與目前在生產(chǎn)和建設(shè)項目中監(jiān)測土壤保護的成本相比，無人機的低海拔遙感成本相對較高。大部分費用監(jiān)測土壤養(yǎng)護不足以支持執(zhí)行不斷監(jiān)測長期和無人駕駛航空器，才可取得有計劃地根據(jù)情況和項目所需的程度。無人機遙感作為一個新的遙感平臺，具有空間自由、靈活性、空間分辨率和時間分辨率的獨特優(yōu)勢。隨著多光譜傳感器的發(fā)展，無人機遙感在光譜分辨率方面也有可能被忽視。

目前，無人機遙感技術(shù)在水土保持方案編制、水土保持動態(tài)監(jiān)測、水土保持監(jiān)督執(zhí)法、驗收評價等方面逐漸普及隨著硬件設(shè)備的更新和軟件技術(shù)的發(fā)展和完善，無人機遙感將在水土保持的各個方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻

[1] 張雅文，許文盛，沈盛彧，王志剛，張平倉.無人機遙感技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持監(jiān)測中的應用——方法構(gòu)建[J].中國水土保持科學，2017，15（01）：134-140.

[2] 李建.無人機遙測技術(shù)在水土保持監(jiān)管中的應用[J].中國水土保持，2017（09）：73-76.