無人機助力水土保持工作

造成水土流失的原因除來源於自然條件下水力侵蝕和風力侵蝕等外，多數歸因於人類基礎設施建設、城鎮化、工業化等經濟活動。由於其成因複雜，區域差異性明顯，導致準確掌握不同流域水土流失變化規律及生產建設項目水土流失數據，有的放矢開展水土保持的任務越來越艱巨。

傳統水土保持的研究調查主要依靠野外實驗和巡查法，其人為干預性較大；徑流小區觀測法、樁釘法、沉沙池法等方法，受布設位置、密度限制以及工程擾動多種因素的影響，致使實施難度大且監測精度差，而且數據的處理大多依靠半定量模型運算，模型中的數據錄入和運算等環節必須依賴人工；衛星遙感受衛星運行軌道限制，常有雲層遮擋、同譜異物、異譜同物等不利因素，不能實現自動化、智能化的數據傳輸和結果輸出，大大增加了水土保持調查研究的資金成本和時間成本。

無人機遙感指的是將無人駕駛飛機與遙感技術結合，以無人機為載體，以無線電操控設備，利用感測器進行圖像信息的獲取，並藉助計算機技術對圖像信息加工處理，最終製作成高精度的三維圖像。由於無人機能夠抵達人類無法前往的危險地域，彌補傳統衛星遙感的不足，不受時間、空間的限制且機動靈活、解析度高，目前已成為自動化、智能化、快速獲取資源環境監測信息的主要手段，因此在水土保持領域有很廣泛的應用。

應用一

典型小流域綜合治理初步設計

典型小流域綜合治理初步設計，首先需調查分析典型小流域的土地利用、水土流失、林草覆蓋率等基本情況。這些基本情況均可通過無人機遙感獲取；在缺少大比例尺地形圖的情況下，還可利用無人機遙感立體像對生成大比例尺地形圖，獲取坡度信息，有效克服基礎資料不足的困難，從而使水土流失程度 的確定和治理措施的配置更科學合理，快速有效。無人機遙感技術的應用，可避免因傳統方法落實不到位 導致初步設計編製基礎材料不精確、防治措施布局不合理的情況，因此，無人機遙感在典型小流域綜合治理初步設計的基礎調查中擔任著重要角色。

應用二

水土保持方案編製

藉助無人機遙感技術可以在短時間內準確掌握建設項目所在區域的地形地貌和水土流失情況，確定建設項目 的防治責任範圍，進行水土保持分區設置和水土保持 防治措施布局。通過無人機遙感傳輸的點雲數據和影像數據，繪製項目的大比例尺地形圖和三維影像地圖，進而確定項目取土場、棄土場和棄渣場的位置，預測水土流失量，完成水土保持防治措施的設計。

應用三

水土保持動態監測

水土保持動態監測是利用多種方式，對生產項目建設期間的水土流失數量、水土流失強度及水土流失分布進行動態監測，檢驗項目建設區水土保持防治措施實施效果。無人機遙感技術，作為「空基」的代表手段，將成為「天地一體化」監測系統中的中堅力量。無人機遙感藉助其高空間解析度、高精度、高效率的優勢，對項目建設區和直接影響區進行拍攝，獲取測定範圍內的地形圖、DEM等數據。藉助野外作業與對無人 機遙感影像的處理，建立影像解譯標誌，進而提取擾動 面積、水土流失面積、水土保持設施等信息。

目前無人機遙感在國內水土保持領域的應用主要是生產建設項目監測。如在新建重慶至萬州鐵路水土保持監測中成功應用無人機低空遙感重點監測了棄渣場，提取不同施工進度中的擾動面積，水土保持工程量和棄渣量等數據。利用無人機獲取的多期影像數據，對比項目建設前後各項數據，從而掌握監測重點區域取土石料、棄土棄渣的動態變化，以及臨時措施、工程措施和植物措施等的實施數量及防治效果，確定防治責任範圍、擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復率、林草覆蓋率等監測指標，實現生產建設項目水土保持情況的動態監測。

應用四

水土保持監督執法

生產建設項目水土保持監督工作涉及方面多、工作量大，因此採用高精度遙感影像調查與現場監督檢查相結合的「天地一體化」監管形式應運而生，全面對建設項目水土保持防治措施和擾動情況進行監督管理，確保擾動合法合規及水土保持防範措施合理達標。通過遙感控制迅速獲取項目建設範圍內的影像資料，實現對生產建設項目水土保持狀況全方位、實時、高精度的監管。確定實地與影像的解譯標誌後，採用人機交互解譯法或面向對象分類法，獲取防治責任範圍圖，進行對比分析。

應用五

水土保持設施驗收評估

水土保持設施驗收評估指的是對點型建設項目、線型建設項目的重點評估範圍，可採取無人機遙感抽查防治措施的數量以及質量、保存情況；確定防治責任範圍以及擾動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復率、林草覆蓋率等防治指標。利用無人機遙感獲取水土保持措施實施後項目區影像，可以大大縮短驗收時間，避免人為因素的干擾，提高驗收評估的標準與可靠性。

利用無人機遙感技術有哪些不可取代的優勢呢？

成本低廉，快捷高效。無人機只需提前規劃飛行路線，憑藉自帶攝影和無線傳輸設備，輔以操作人員在外業控制點的操作控制，即可獲取高精度的航拍數據和點雲數據。無人機還具備自檢功能，如出現故障，則自動返航至起點上空，等待操作人員排除故障。目前，1名操作人員攜帶1台無人機在12h內，便可精確獲取近300km線狀工程的航空影像，顯著提高了水土保持調查研究的效率。

操作簡單，機動靈活。無人機在15~30min內即可完成組裝、調試和起飛，對起降場地要求低。無人機攜帶的雷達設備，可穿透森林植被獲取地表信息，並抵達有人駕駛飛機無法達到的空域、高度或危險地區，實時傳輸圖像數據，從而滿足水土保持數據的實時性和全面性要求。

空間解析度高，數據精度高。由於無人機屬於低空飛行，搭載的高精度數碼成像設備具備面積覆蓋、垂直或傾斜成像的能力，遙感影像解析度可達到分米級或厘米級，能夠在較小空間尺度上觀察到水土保持防治措施的實施效果。通過計算機數據處理軟體對點雲數據分類處理，輔以遙感影像數據，可自動化獲得 測定範圍內的地形圖、數字高程模型（DEM）數據、數字正射影像（DOM）數據以及三維場景影像等，大大提高了水土保持數據的精度。

參考資料：《無人機遙感在水土保持領域的應用》，趙俊華等

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