無人機遙感技術在水土保持監測中的應用

白峰 馬小真

摘 要 水土保持監測是調整水土流失的基礎措施，也是國家生態文明建設決定和考核的重要依據。由于衛星遙感影像大多數應用于大范圍監測工作，影像質量受到云層、霧霾等自然因素的影響，導致影像分辨率未能達到實際要求，嚴重阻礙水土保持監測實施。從總結和分析監測數據、獲取水土保持生態建設基本監測信息、獲取處理原始航拍信息及監測水土流失等方面介紹了無人機遙感技術在水土保持監測中的具體應用。

關鍵詞 無人機;遙感技術;水土保持監測

中圖分類號：S157;S127 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.02.074

無人機遙感技術的出現為水土保持行業提供諸多便利。合理應用無人機遙感技術能夠拍攝出清晰圖像，無人機在空中不受任何影響準確獲取指定地區面積、體積等重要數據，對水土保持監測技術未來發展產生積極影響[1]。

1 無人機遙感技術概述

1.1 概念

無人遙感技術主要包含GPS技術、無人機飛行技術、計算機技術，無人機遙感技術能夠對相關監測設備進行相應管理，執行監測任務明顯增多，適用于很多復雜地勢，為工作人員監測工作提供便利和幫助，及時發現觀察地區環境信息和地勢特點。因此，建模在分析和處理相關數據過程中充分體現出無人機遙感技術的優勢和作用。

無人機遙感技術在應用中需要很多不同種類的設備，其主要包含飛行器、控制器等，飛行器具有電氣設備、航空設備平臺、動力設備等。該項技術在使用過程中借助控制臺管控飛行設備流程，通過觀察區域的水土相關信息對其進行采集，然后傳送到遙感監測部門實行專門處理和調整，從而獲取完整水土數據。

無人機遙感技術在水土流失觀測過程中具有可靠性、有效性較強，拍攝范圍廣闊等特點。由于無人機遙感機身不大，在工作中體現出較強適應能力，可以適應地勢較低地區，對氣候溫度要求不高，在任何情況下都能保持正常工作。因此，只需根據實際情況對平臺進行良好控制，改善飛行器運作情況，就能對指定地區實現全方位監測。

1.2 具體優點

遙感技術是非接觸、遠距離的探測技術，其借助傳感器獲取地面相關數據，利用數字化方式得到所需產品，從而在水質動態監測行業實現廣泛應用，獲取諸多相關成果。盡管如此，衛星遙感影像依舊因云層而產生實際影響，導致影像數據采取期限、時間、分辨率等受限嚴重限制，不能對水質污染進行及時檢測。隨著科學技術不斷提升，無人機遙感技術也實現了廣泛應用。無人機遙感技術主要將無人飛行器作為承載設備，自身攝像功能、多元化成像技術等數字化設備在空中進行拍攝和觀察實際情況，收集地面信息數據。同時，借助遙感技術對影像信息獲取監測數據。和傳統衛星的航天遙感技術相比，無人機遙感技術可通過無人機在云層下飛行，完成云層下方拍攝，從而控制和改善衛星光學遙感和普通航空攝像產生的不良影響和問題;其自身具有高效率、高分辨優勢，也有穩定的重復周期。因此，遙感技術利用自身靈活性強、體型小、消耗能量少、監控范圍廣及成本低等優勢在工作中發揮重要作用[2]。

1.3 特點

無人機遙感技術通過無人機對地面采集相關信息，借助計算機產生三維圖像，從而使整個系統發揮作用和優勢，其技術主要表現在以下4個方面。1）拍攝具有高效準確性。如果無人機飛行高度在1 000 m內，收集地面信息的航拍準確度在0.5 m左右。2）應用成本較低。無人機在應用過程中自身體型較小，具有操作便利、構造簡單、飛行速度快等優勢，體現出較強的適用能力。通常在飛行過程中，惡劣天氣不會對其運行造成較大影響，從而減少拍攝費用。3）操作快捷、可靠。在進行監測過程中對外界沒有針對性要求，能夠實現快速提升，操作方便、快捷、簡單;同時，不會因外界不良天氣對其產生影響，具有較強安全性和可靠性。4）拍攝方便，具有較高分辨率。無人機能對飛行航線進行合理控制，借助相應要求在不同角度下進行拍攝，在對監測范圍進行拍攝時可借助垂直方式采集相關信息;針對復雜構造選擇斜向方式采集細致化構造數據，促進成像顯現出更加清晰的效果。因此，通過無人機遙感技術自身優勢，有效處理復雜構造間產生的相關問題，從而獲取完整影像信息和監測圖像文件。

2 傳統監測技術的相關問題

2.1 監測范圍具有局限性

人工調整已經不適用新時代發展狀態，其對指定區域造成很大影響，只能在小范圍區域進行監測，其問題大多數來源于人為因素，導致監測準確度無法達到相應標準，不能發揮動態監測作用。在對大區域進行監測過程中，因人員數量嚴重缺失，未能將監測人員進行合理分配，在對監測區域內危險地帶進行監測過程中，人力不能采集相應信息[3]。

2.2 采集信息方法單一化

1）嚴重缺少研究精力和成本，不利于監測內容統一化、完整化，不利于社會文明建設、生態環境穩定。2）大多數設施儀器都會通過人工對其進行操作、應用，導致數據收集效率不高、準確度不可靠，不能對動態監測進行實時記錄。因此，監測技術不完善依舊是最主要的問題，需要對水土保持監測數據采集技術進行升級，才能更好發揮其作用。

盡管無人機遙感技術從測試環節上升到工程應用，但其技術能力仍然發揮不了實質性作用，無法建立健全的監測機制。因此，應當結合當前工作地區施工項目，借助無人機遙感技術快速獲取研究區域的相關信息，全面分析和研究地區監測的所有內容，彌補傳統監測技術缺失，有助于水土保持監測機制向智能化、高效率和低成本方向邁進。

3 無人機遙感技術在水土監測中的應用要點

3.1 獲取監測數據

無人機遙感技術是當前較先進的遙感技術，應用效果會引導諸多專業人員對其進行關注和重視。為了避免該項技術在應用過程中出現不良損失和影響，操作人員在對其進行設計過程中需要做出詳情計算和程序編程。無人機遙感技術在進行水土監測過程中，設計人員必須對無人機的運行軌道進行良好設計，防止意外情況的發生，從而產生不必要的經濟損失。在對當地情況進行具體分析和研究過程中，通過無人機運作對功能進行合理設計。同時，要對無人機工作區域的氣候和地勢進行詳情分析和調查，要求無人機在設計中不會因障礙物形成阻礙和影響。此外，操作人員需安排合適現場進行起飛測驗，保證無人機拍攝具有良好清晰性、事物辨別度等，通過相關技術進行相應改善和處理。無人機科學利用GPS定位系統對調查事物獲取準確定位，有效確定無人準確定位的具體位置，有助于工作人員對數據采取相應處理，獲取可靠信息數據，促進相關數據信息應用到工作中[4]。

3.2 遙測數據數字化

無人機遙感技術在應用過程中必須安排人員對相關數據進行處理。針對拍攝的實際圖像，工作人員必須將遙測拍攝到的原有數據進行初步處理和分析，其主要作用是對無人機攝像方位進行調整，有助于拍攝事物處理方式更具合理化，確保拍攝達到質量標準。工作人員在拍攝過程中需要將攝像頭調整到原來狀態，按照規定要求進行拍攝，保障攝像處理的數據都能達到最佳效果。通常情況下，事物在拍攝過程中需要對攝像機進行合理調整，保證攝影設備的實際參數和實際拍攝效果達成一致。此外，與實際定位系統產生實質性聯系，加強對GPS系統的相應分析和處理，保證攝影技術和三維定位相互協助，從而形成智能化系統[5]。

4 無人機遙感技術在水土保持監測中的具體應用

4.1 總結和分析監測數據

在對水質信息監測分析和處理中主要包含無人機遙感信息和地表監測信息2方面。無人機遙感信息和多光感傳感器配置軟件將影像導出，通過輻射校正后得到光譜反射率數據。地面監測數據具體包含水質自動監測信息和人工勘測設備采集信息，自動監測數據在監測系統中保持持續檢測、保管和遠程傳送諸多水質信息，人工測點收集數據主要依靠信息化技術，通過信息技術收集相應模塊，有效對水質采集設備數據進行保管和上傳。無人機遙感水質檢測信息體系主要借助TCP/IP將無人機遙感信息和地表監測信息傳送到監測控管控部門，該部門對獲取的水質信息進行專門分析和處理，在相關應用平臺顯示，從而實現實時監測效果。水質監測信息的集成主要通過信息收集、數據處理、平臺系統等部分同時完成相應工作，監測中心借助網絡平臺發送指令，平臺系統快速處理信息，產生信息處理工作，在發送情況下激活網絡迅速發出對應信息，這種方法不僅具有較強有效性，同時不會占據很多資源。

4.2 獲取水土保持生態建設基本監測信息

研究水土保持生態建設監測信息，其具體內容包含數據種類、監測對象位置數據和長度、面積數據等，主要是借助正射影像得到相應數據。針對土地信息使用種類獲取方式，借助人工識別航片和規劃區域的方式完成數據獲取工作。1）針對具有獨特性地物，尤其是施工場地、植被等，需要人工對其作出有效診斷，或通過繪制矢量圖完成。2）主要針對監測區域，在剛開始建設地表解釋圖標過程中，利用面向對象的方法，借助多尺度分割成像技術，計算出監測對象的形狀數據，將數據進行有效整合，構建成規則集，對土地信息采取處理和分類。3）在提取監測對象的位置時，結合地理信息系統并借助數字模型，直接獲取監測對象指定位置信息。4）在獲取對象長度和面積過程中，利用土地應用類型獲取相應方法，通過人工區分方式，借助地被監測對象長度進行準確測量，計算出相應面積。

4.3 獲取處理原始航拍信息

針對航拍無人機安裝的全球定位系統、觀測單元、應用水土保持生態建設監測的獨特傳感器基礎上，航拍收集相關數據，從而獲取相應信息。同時，嚴格按照監測條件，在無人機上裝置實時信息傳送設備。很多不同設備安裝完成后，借助無人機航拍獲取實際圖像信息，通過無人機獲取影像信息，還能得到無人機拍攝數據量、分辨率、高度等數據，并進行相應實時記錄，為遙感影像提供良好幫助。

4.4 監測水土流失

水土流失一直保持動態性變化，相關人員需要結合實際情況應用合理監測方法，有助于遙感技術適用于預防水土流失。由于衛星遙感影像和監測功能不同，其兩者特點也存在明顯不同。借助氣象衛星進行大范圍地面監測，對其時間提出高要求，以減少處理信息成本。同時，像元反映的數據具有較強地區特點，大多數適用于范圍大、植被覆蓋茂密的地區。經對比，衛星資源自身具有很多優勢，不僅可以獲取更多地表信息，還能延長應用時間，獲取準確數據。要想達到水土流失監測需求，在水土保持監測中可利用工程項目地區的遙感影像發揮重要作用，借助GPS監測項目位置的地形、氣候、土地使用等情況，將遙感影像和其他數據變化發揮實際作用，創建完整的水土流失數字模型和對應的監測數據區域，結合監測結果獲取相應信息，為水土流失監測信息的精確性奠定基礎。

5 結語

隨著科學技術的不斷提升，信息化技術快速發展，水土保持高質量監測的同時，沿著智能化方向邁進。無人機遙感技術不僅能改善傳統監測方法，還能提升項目監測的準確性和自動化水平。根據實際情況，借助無人機遙感技術在規定區域實現信息采集工作，深層研究各方面監測內容，調整傳統監測技術，從根本上解決相關問題，為水土保持監測領域的智能化發展奠定基礎。

參考文獻：

[1] 曾宏琦，文承榮.無人機遙感技術在開發建設項目水土保持監測中的應用[J].廣東水利水電，2019（8）：91-95.

[2] 謝金亮，劉慧芳.無人機遙感在生態修復中的應用[J].有色冶金節能，2019，35（5）：40-43.

[3] 王新，陳武，汪榮勝，等.淺論低空無人機遙感技術在水利相關領域中的應用前景[J].浙江水利科技，2010（6）：27-29.

[4] 舒瑩.無人機遙感技術在水土保持中的應用[J].中國高新科技，2020（7）：77-78.

[5] 卞雪.基于無人機低空遙感影像可見光波段的植被覆蓋率研究[D].南京：南京農業大學，2017.

（責任編輯：張春雨）