浅析无人机在开发建设项目水土保持监测中的应用

张彩云 房照娟 张艺铭

（作者单位：江苏省水文水资源勘测局泰州分局 225300）

一、无人机遥感技术的概念及特点

无人机遥感,是利用无人机技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS 差分定位技术和遥感应用技术，自动化、智能化、科学化、专业化地迅速准确获取有效的地理资源环境等空间遥感信息，完成遥感数据收集、处理和应用分析的技术。

其特点是以无人机为空中平台，通过遥感传感器获取所需的有效信息，借助计算机处理收集到的信息，将其制作成符合一定精度要求的图像。无人机遥感技术工作流程图见图1。无人机相对有人驾驶飞机，其特点是结构简单易掌握，费用低，能完成小面积内人无法活动地区的任务；相对传统卫星遥感技术，无人机遥感系统具有灵活、方便、快捷、实用、成本低等优势。目前，无人机遥感技术已广泛应用在多个领域，如水文资源调查、环境监测、河（湖）长制调查、生态河湖健康评价、生态文明建设、防汛抗旱救灾等。

二、水土保持传统监测方法及存在的问题

1.水土保持传统监测方法

目前我国水土保持常规监测方法为调查监测、地面定位观测及两种方法的结合使用等。

调查监测的特点是简单易上手、使用频率高，主要用于获取常规监测数据。监测的主要内容有：（1）监测区域水文气象、地形地貌、地表组成物质、植被等；（2）主体工程开工建设情况、扰动土地面积、工程开挖情况、土方回填情况、取弃土（石、渣）堆放形状及施工时间等指标；（3）水土保持工程措施实施情况、运行效果等，植物措施的实施情况、生长情况、防护效果等；（4）项目建设可能造成的水土流失对周边农田、村庄、水源、河湖、生态环境等的危害。

地面定位观测法主要用于获取土壤流失量，根据监测区域的特点因地制宜选择适宜的监测方法,如：径流小区法、测钎法、集沙池法等，定时或不定时地观测来获取有关数据，进而分析评价项目区的水土流失状况及水土保持防护措施运行效果。

2.存在的主要问题

图1 无人机遥感技术工作流程图

调查、巡查具有省时、省力、简便易行等特点，目前已被广泛应用，但是监测数据精确度较低，人为干预因素较大，自动化程度较差，而且仅适合在小面积内监测。对于跨度大的线型工程，尤其是地势复杂，人员难以到达，监测工作难以开展的地区，径流小区法、测钎法、沉砂池法是传统常用的测算土壤流失量的方法。但这些方法对布设地点的选取有一定的专业需求，比如具有较强代表性、可比性，观测便利，能够保存一定时间的开挖面或弃土区，且尽量避免工程建设或人为活动的影响。布设位置选取的不同，监测结果也会不同，精度、施工难度也会有所影响。

三、分析无人机遥感技术在水土保持监测工作中的必要性

1.弥补常规监测方法的不足

常用的监测方法如调查法和巡查法，只适合在小区域工作，对于要求精度高、路线长、面积大的线型工程水土保持监测，常规监测方法难以完成要求。无人机遥感技术应用在水土保持监测中，能提高监测数据的准确度、有效地完成面积大且有一定监测难度的水土保持监测任务，填补常规监测方法存在的缺陷。

2. 提高水土保持监测数据的准确性

结合地形布设一定数量的地面标识作为控制点，采集有效数据并分析处理，进而得到项目区的数字高程模型（DEM）和数字正射影像（DOM）等资料。通过DEM 和DOM 成果，提取水土保持监测所需的信息，包括水土保持设施类型、位置、长度、面积及体积、取（弃）占地面积等监测指标，以及各指标在生产建设期的变化情况。无人机遥感技术可有效减少外业工作的危险性，提高了监测数据的准确性、全面性和安全性。

四、无人机遥感技术在水土保持监测工作中的应用

1.监测扰动土地情况

在项目区平面布置图上确定各防治分区的范围；在AcrGIS 中运行DOM 成果，计算各分区的扰动占地面积。参照土地利用现状分类（GB/T2010），标明土地利用类型。通过分析比较不同阶段的监测数据，计算项目区扰动土地面积的变化情况。

2.监测取土（石、料）及弃土（石、料）

利用DOM 成果，标识出项目区的取（弃）土场、临时堆料场等的地理位置及数量。通过DEM 成果，对比原地形地貌，利用体积计算公式，计算土方量及变化量。

3.监测水土流失情况

利用DOM 成果，提取各防治分区水土流失的类型、形式、面积等数据。分析项目区的多年平均降水量、土壤侵蚀程度等，计算各分区的土壤侵蚀模数，再通过土壤侵蚀方程，得到水土流失量的数值。分析比较不同阶段的水土流失量，可以准确把握水土流失的动态变化。

4.监测水土流失防治措施

分析DOM 成果，提取项目区水土保持施工情况和防护效果，制订防护措施。工程措施：排水沟的长度和位置、护坡位置和面积、土地整治面积等。植物措施：植被类型、分布和面积等。临时措施：临时排水沟工程量和防护效果、临时拦挡措施的工程量和防护效果等。观察三维模型上的情况，判断水土保持措施的完好程度、草木的成活率、覆盖度等。

五、结语

随着开发建设项目的增多，水土流失治理越来越得到重视，水土保持监测工作也尤为重要，常规监测手段耗时耗力，探究新方法、新手段开展监测迫在眉睫。无人机遥感技术应用在水土保持监测中，可以提高监测数据的准确性、监测全面性、作业工作安全性。无人机遥感技术在实践应用中，也存在着多种制约因素，如天气、风速、高度等，因此，如何合理有效地校正监测数据，还需要在今后的监测工作中作进一步探讨■