楊紅霞

(甘肅省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730030)

水土保持監(jiān)測(cè)就是指調(diào)查人員為了摸清水土流失類型，強(qiáng)度與分布特征、危害及其影響情況、及時(shí)掌握水土流失發(fā)展規(guī)律，動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)等調(diào)查、測(cè)量、評(píng)估水土保持效益，經(jīng)常用于生態(tài)環(huán)境建設(shè)與生產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)中，尤其是在生態(tài)環(huán)境較為脆弱的地區(qū)開發(fā)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，做好水土保持監(jiān)測(cè)工作尤為重要，可以保證生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的可持續(xù)進(jìn)行。在該工作開展過程中，新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)具有重要的作用，相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)而言，新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)能夠快速且準(zhǔn)確地獲取檢測(cè)結(jié)果。

1 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)問題

1.1 客觀方面

從客觀層面來講，大部分生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目區(qū)以中度水力侵蝕為主、兼具輕度風(fēng)力侵蝕，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，如黃土高原區(qū)、風(fēng)沙區(qū)、鹽堿地等則土壤肥力相對(duì)較差，土壤容重較小，土壤的可蝕性較強(qiáng)，如得不到有效的治理，土壤養(yǎng)分將會(huì)逐漸散失。

1.2 主觀方面

生產(chǎn)建設(shè)單位不重視施工過程中的水土保持管理工作，建設(shè)單位與各參建單位之間不能實(shí)現(xiàn)有機(jī)的上下聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)單位在水土保持措施設(shè)計(jì)中未遵循“因地制宜、因害防設(shè)、適地適樹”的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，施工單位人員水土保持意識(shí)淡薄，“三同時(shí)”制度的落實(shí)不到位等。因此水土保持工作效率和質(zhì)量亟需提升。

2 新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)概述

新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)是指以無人機(jī)和遙測(cè)技術(shù)為核心，將無人機(jī)在低空高度飛行，利用遙測(cè)技術(shù)獲取被檢測(cè)區(qū)域?qū)嶋H情況的一種技術(shù)手段，新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)具有如下幾項(xiàng)特征：（1）無人機(jī)的承載能力較強(qiáng)，能夠有效承載地面測(cè)量系統(tǒng)中的多項(xiàng)機(jī)電設(shè)備，例如信號(hào)接收機(jī)、天線設(shè)備以及其他多種設(shè)備，承載能力較高的特性使得其所搭載的系統(tǒng)更加完善，能夠?yàn)樗帘３直O(jiān)測(cè)工作提供更加有力的支持。（2）新型低空無人機(jī)遙測(cè)技術(shù)成本較低，傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)需要開展大量外業(yè)工作，花費(fèi)較多的資源和人力成本，而通過采用新型低空無人機(jī)遙測(cè)技術(shù)，能夠有效降低水土保持監(jiān)測(cè)中各項(xiàng)成本投入[1]。（3）新型低空無人機(jī)遙測(cè)技術(shù)分辨力較高，與衛(wèi)星遙感技術(shù)相比，無人機(jī)所獲取的遙感圖像分辨率更高，且不會(huì)受到作業(yè)環(huán)境的影響，精度可以達(dá)到厘米級(jí)別。（4）新型低空無人機(jī)遙測(cè)技術(shù)靈活性較高，能夠根據(jù)實(shí)際測(cè)量需求，對(duì)工作模式進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，從而能夠提高水土保持監(jiān)測(cè)工作效率。

3 新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持工作中的方案設(shè)計(jì)

3.1 項(xiàng)目概況

文章以新建中衛(wèi)至蘭州鐵路為例，正線全長(zhǎng)173.458 km，1 396.45公頃，其中永久占地853.11公頃，原地表平均土壤侵蝕模數(shù)在 3 000t/ km2·a左右。沿線地貌類型主要為中低山丘陵區(qū)，土壤類型主要為黃綿土、灰鈣土和黑爐土，植被類型為溫帶荒漠植被，平均林草覆蓋率10%～15%。沿線河流屬黃土高原，自然環(huán)境較為脆弱，因此在施工過程中應(yīng)該做好水土保持監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括擾動(dòng)土地情況、取土（石、料）、棄土（石、渣）情況、水土流失情況、水土保持措施等，監(jiān)測(cè)期 6.5 年，采用定點(diǎn)監(jiān)測(cè)、調(diào)查、巡查與新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法，本工程共設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)位12 處。

3.2 全面調(diào)查與重點(diǎn)觀測(cè)相結(jié)合

全面監(jiān)測(cè)是對(duì)整個(gè)水土保持防治責(zé)任范圍而言，是全面了解防治責(zé)任范圍內(nèi)的水土流失環(huán)境狀況，以便分析水土保持工程實(shí)施過程和投入使用初期的水土流失及防治效果狀態(tài)。從對(duì)象上看應(yīng)該把重點(diǎn)放在路基邊坡、取土場(chǎng)、棄土（渣）場(chǎng)、施工便道及施工生產(chǎn)生活區(qū)等，在這些區(qū)域，應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻次，動(dòng)態(tài)觀測(cè)可能出現(xiàn)的土壤流失及其相關(guān)因子。

3.3 觀測(cè)內(nèi)容與水土保持責(zé)任分區(qū)相結(jié)合

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的不同防治責(zé)任分區(qū)，具有不同的水土流失特點(diǎn)，為了治理水土流失需要采取相應(yīng)的水土保持工程，監(jiān)測(cè)內(nèi)容也必須充分反映各個(gè)分區(qū)的水土流失特征、水土保持工程及其效果。

4 新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用方式

4.1 應(yīng)用準(zhǔn)備工作

在對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量之前，工作人員需要做好全面且詳細(xì)的準(zhǔn)備工作，防止因準(zhǔn)備不夠全面耽誤測(cè)繪工作進(jìn)程或?qū)y(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響，為測(cè)量工作更好地開展打下基礎(chǔ)。在使用新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)之前，需要對(duì)無人機(jī)設(shè)備、遙感測(cè)繪設(shè)備的運(yùn)行情況以及攝影設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面的檢查，飛行設(shè)備中使用的無人機(jī)需要提前向有關(guān)部門進(jìn)行報(bào)備，防止出現(xiàn)意外情況。無人機(jī)在使用之前需要安排工作人員進(jìn)行試飛工作，檢查無人機(jī)是否可以正常運(yùn)行，防止無人機(jī)出現(xiàn)故障影響監(jiān)測(cè)區(qū)域測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。其次，水土保持監(jiān)測(cè)工作需要采用完善的管理制度，檢測(cè)人員、技術(shù)人員等工作人員需要嚴(yán)格按照監(jiān)測(cè)區(qū)域測(cè)量流程和規(guī)范進(jìn)行操作，并主動(dòng)邀請(qǐng)監(jiān)督部門到監(jiān)測(cè)區(qū)域測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航拍監(jiān)督和管理[2]。第三，在使用新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)時(shí)，需要選擇合理的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，因此需要工作人員進(jìn)行仔細(xì)的前期監(jiān)測(cè)區(qū)域場(chǎng)地調(diào)查工作，按照被監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況設(shè)置科學(xué)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置成平高點(diǎn)，工作人員需要做到對(duì)水土保持整體的流程加以明確，掌握無人機(jī)的飛行線路，從而能夠確保各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置均勻且合理，同時(shí)需要注意的是，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布置要將被監(jiān)測(cè)區(qū)域的整體包圍起來，防止出現(xiàn)被監(jiān)測(cè)區(qū)域有部分區(qū)域無法被拍監(jiān)測(cè)的情況，才能夠?qū)⒈猾@得水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)域整體的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)繪，提高水土保持監(jiān)測(cè)結(jié)果的全面性。

4.2 水土保持監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制

新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)是通過無人機(jī)來對(duì)一定區(qū)域進(jìn)行水土保持監(jiān)測(cè)工作，所以在監(jiān)測(cè)過程中需要對(duì)質(zhì)量進(jìn)行把控。通過無人機(jī)遙測(cè)技術(shù)對(duì)該區(qū)域監(jiān)測(cè)時(shí)，可以結(jié)合GPS、GIS等技術(shù)加以輔助，提高監(jiān)測(cè)工作的效率和測(cè)繪結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)際監(jiān)測(cè)的過程中，要利用無人機(jī)來掌握影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素，且要確保在光纖均勻、無遮擋的基礎(chǔ)上開展測(cè)繪工作，防止因外部因素對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。其次，要確保通過新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)拍獲取遙感影像的清晰度，對(duì)于各種地物要能夠直觀的進(jìn)行辨認(rèn)，能夠繪制多種地物的輪廓，還要使相鄰影像之間相同地物色調(diào)保持一致，遙測(cè)區(qū)的影像色調(diào)效果要保持均勻。為了進(jìn)一步提高水土保持監(jiān)測(cè)工作的整體質(zhì)量，需要結(jié)合監(jiān)測(cè)工作當(dāng)時(shí)的天氣情況、陽光照射強(qiáng)度等對(duì)曝光參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使曝光參數(shù)與光照強(qiáng)度相匹配，能夠有效防止出現(xiàn)遙感影像不清晰的問題[3]。當(dāng)無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)結(jié)束之后，要通過飛行管理軟件對(duì)所獲取的監(jiān)測(cè)區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，如果發(fā)現(xiàn)所獲取遙測(cè)影像的坐標(biāo)與飛行路線設(shè)計(jì)不符合的情況，要重新進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，將所遺漏的監(jiān)測(cè)點(diǎn)補(bǔ)足，并將所收集到的監(jiān)測(cè)區(qū)域測(cè)量數(shù)據(jù)盡快保存和處理，將監(jiān)測(cè)區(qū)域工作質(zhì)量報(bào)告交由質(zhì)量管控人員進(jìn)行查驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，要立即進(jìn)行調(diào)整，從而能夠提升水土保持監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量。

4.3 水土保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)域工作中的應(yīng)用，能夠通過遙感測(cè)繪技術(shù)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)以及處理程序，就能夠達(dá)到良好的預(yù)處理效果。低空無人機(jī)遙測(cè)數(shù)據(jù)處理是保證受水土保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息準(zhǔn)確性、實(shí)效性的基礎(chǔ)性工作。通過對(duì)需要測(cè)水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)域場(chǎng)地區(qū)域、界址點(diǎn)進(jìn)行確定，再結(jié)合其他技術(shù)對(duì)水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)域的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，之后記錄所測(cè)量的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，就能夠有效判斷出測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；通過三維建模的應(yīng)用，能夠?qū)λO(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整的建模，并將建模的細(xì)節(jié)呈現(xiàn)，還可以借助三維掃描技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確進(jìn)行判斷。無人機(jī)新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠有效提高屬水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)域測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而更加明確當(dāng)前區(qū)域存在的水土流失問題[4]。

在本次應(yīng)用實(shí)踐中，分別采用PhotoScan、PixelMosaic以及Pix4dmapper對(duì)無人機(jī)低空遙感影像進(jìn)行處理，監(jiān)測(cè)區(qū)域的各項(xiàng)指標(biāo)與水土保持工作量。利用上述3個(gè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，監(jiān)測(cè)區(qū)域面積與實(shí)測(cè)面積的誤差分別為3.7%、-3.0%以及1.6%，最大誤差絕對(duì)值為3.7%；監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況與監(jiān)測(cè)結(jié)果差距較小，能夠滿足生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目中水土保持監(jiān)測(cè)精度要求。本次水土保持監(jiān)測(cè)區(qū)域的數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表1所示：

4.4 成果分析

在對(duì)該工程區(qū)域的監(jiān)測(cè)過程中，無人機(jī)飛行平均海拔為145 m，影像采集數(shù)量為23張，建模覆蓋面積超過0.10 km2，地面分辨率達(dá)到了4 cm，在沒有添加控制點(diǎn)的情況下，X方向絕對(duì)誤差僅為1.18 m，Y方向誤差僅為0.55 m，Z方向誤差僅為2.50 m，絕對(duì)精度與相對(duì)精度都能夠達(dá)到米級(jí)別，能夠滿足該工程建設(shè)中水土保持監(jiān)測(cè)需要。

5 新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)化策略

通過上文的實(shí)踐應(yīng)用案例可以明確，新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)工作中具有良好的作用，所以需要持續(xù)強(qiáng)化對(duì)新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合本次工程實(shí)踐中存在的些許不足，本文提出如下幾項(xiàng)新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化策略：（1）提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)采集結(jié)果的準(zhǔn)確性是水土保持監(jiān)測(cè)工作的核心內(nèi)容，與水土保持綜合治理方案編制有著直接、密切的關(guān)系，如果數(shù)據(jù)采集結(jié)果不準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)出現(xiàn)了偏差，導(dǎo)致出現(xiàn)工程建設(shè)區(qū)域?qū)嶋H信息與監(jiān)測(cè)信息不符的問題，從而導(dǎo)致水土保持治理質(zhì)量受到很大負(fù)面影響。新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，使得水土保持監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集結(jié)果準(zhǔn)確性有很大程度的提高，為此要保證信息和數(shù)據(jù)更加全面、精準(zhǔn)度更高，能夠?qū)⑺帘３直O(jiān)測(cè)的多項(xiàng)信息真實(shí)的進(jìn)行反應(yīng)，從而為工程建設(shè)與水土保持工作提供支持。（2）提高參建人員水土保持意識(shí)，提高監(jiān)測(cè)效率。為了提高施工人員水土保持意識(shí)，在項(xiàng)目開工前，建設(shè)單位組織水保服務(wù)單位進(jìn)行水土保持監(jiān)測(cè)技術(shù)交底，監(jiān)測(cè)單位從監(jiān)測(cè)技術(shù)路線、布局、內(nèi)容與方法、工作組織與質(zhì)量保證等方面詳細(xì)地介紹本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)實(shí)施方案相關(guān)內(nèi)容，確保新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)能夠得到落實(shí)，高度重視施工過程中的水土保持管理工作；將水土保持工程建設(shè)管理納入了項(xiàng)目建設(shè)管理體系，按照水土保持方案確定的建設(shè)內(nèi)容、進(jìn)度安排、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，對(duì)工程質(zhì)量實(shí)施全過程、全方位的管理[5]。（3）強(qiáng)化設(shè)計(jì)，保證水土保持工作技術(shù)依據(jù)。為了保證后續(xù)工期監(jiān)測(cè)持續(xù)性和穩(wěn)定性，還應(yīng)該對(duì)重點(diǎn)防治區(qū)水土保持情況進(jìn)行任務(wù)分配，在采用新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)時(shí)，依靠獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建水土保持監(jiān)測(cè)信息網(wǎng)，對(duì)管理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和上報(bào)，編制監(jiān)測(cè)報(bào)告，對(duì)水土保持情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化分析和管理，根據(jù)監(jiān)測(cè)任務(wù)確定監(jiān)測(cè)頻次。新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，需要持續(xù)加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作，結(jié)合科學(xué)的前期設(shè)計(jì)工作，能夠?yàn)楹笃诠ぷ鞔蛳铝己玫幕A(chǔ)。

6 結(jié)語

綜上所述，本次施工建設(shè)項(xiàng)目中，通過新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)開展水土保持監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)掌握施工期和運(yùn)營初期項(xiàng)目區(qū)水土流失因子、水土保持措施實(shí)施及水土流失防治效果，明確項(xiàng)目區(qū)水土流失重點(diǎn)防治地段，新型無人機(jī)低空遙測(cè)技術(shù)在監(jiān)測(cè)工作中發(fā)揮出了良好等技術(shù)效果，為水土保持監(jiān)督管理、完工驗(yàn)收及方案實(shí)施提供技術(shù)保障。