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无人机遥感监测在水土保持监测中的应用

吴键聪

利诚检测认证集团股份有限公司,528400

摘要: 长久以来,我国一直因为对水土损失的严重程度缺乏足够的认识,并因滥伐行为严重而面临水土流失的问题。特别是在北部地区,由水土流失引发的生态灾害日益凸显。持续监测环境水土保持情况,并根据水土流失的实际情况采纳特定措施,是水土保持工作的核心问题和主要挑战。依赖于无人机遥感监测技术的滞空时间长和监控范围广的特性,可以达到对广阔区域内的水土流失进行综合控制的目标。与传统的水土保持监控方法相比,无人机遥感技术不仅耗时更少、花费更为低廉,而且其监测效果非常出色,因此非常适合用于更广泛的水土保持区域监控。
关键词: 无人机遥感监测;水土保持监测;应用
DOI:10.12721/ccn.2025.157004
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引言

我国面临的水土流失问题极为严重,不仅规模大,范围广,而且成因复杂,其危害性极高,因此,精准掌握不同类型地区水土流失的规律并形成有效的防控策略体系是一项充满挑战的工作。传统的水土保护探索主要集中于野外实验和手工数值分析。尽管通过创建和观察大批的径流小区,形成了若干定量或半定量的水土保持模型,但模型运行中所需的数据采集、计算以及结果呈现仍完全是手工进行的。尽管计算机技术的快速进步已经带来了某些变革,但数据采集和结果展示的局限性仍未消失,这也导致了这一时期的水土保持措施的实施与应用面临诸多挑战。利用无人机进行遥感监测的技术,因为其长续航、实时图像传送、高风险地区的识别、以及较低的成本和高度的灵活性等特点,可以有效地补充传统研究方式的不足之处,预计在水土保持领域有着广泛的应用潜力。

1无人机遥感监测技术特点

1.1空间分辨率高,数据精度高

无人机由于进行的是低空飞行,其搭载的高精确度数字成像工具拥有面积的全面覆盖能力和垂直或倾斜方向的成像特性,使得其遥感图像的分辨率可以达到分米或厘米的高度,这使得在有限的空间内可以观察到对水土保持的防治策略所带来的实际效果。借助计算机的数据处理工具,将点云数据进行了分类,再加入遥控影像资料,从而能够自动获取测量区域内的地形图、数字高程模型(DEM)、数字正射影像(DOM)和三维场景图像等信息,这极大地增强了水土保护数据的测量准确性。

1.2成本低廉,快捷高效

在无人机的操作中,只要预先设计合适的飞行计划,借助其内置的摄影技术和无线通讯工具,搭配操作团队在外部控制点的实时控制,就能够获取到高清晰度的飞行摄影和点云信息。无人机也具有自我检查的能力,一旦发现异常,会主动返航至起始点上方,等候操作者来进行故障排查。现阶段,仅需携带一部无机车,一位操作师可以在短短12h内准确捕获大约300km的线性工程航拍数据,这大大加速了水土保护研究与调查的进展。

1.3操作简单,机动灵活

无人机只需在15~30min的时间范围内组装、校准以及起飞,它对起飞和起降的场地的需求相对简单。无人机搭载的雷达技术装置能透过森林的植被获取地表的关键信息,进而到达某些超出飞机能力的领域、高处或高风险区域,并在实时情况下传递图像数据,满足水土保持的实时性和全面性需求。

2无人机遥感监测在水土保持监测中的应用

2.1水土流失灾害调查

无人机技术正在经历巨大的进步,无论是在滞空时间、位置定位还是操作操控上都取得了显著的成果。使用这项技术能有效地进行广泛且高精确度的水土保持监测。在对地域的水土流失情况进行研究时,无人机遥感监控技术拥有的高品质图像资料能够清晰、精确地展现土壤的侵蚀进程。土地侵蚀过程是相当错综复杂的,受到多种自然和人为条件的干扰,而各种不同的土壤侵蚀种类也会受其影响。对于水土保持的监测,应当努力将常规的土壤侵蚀监测方法与远程感应监测技术结合,确保对水土保持进行大规模且高精确度的监控。利用无人机这个高品质的设备,可以在低空和低速环境下捕捉研究带,并依赖计算机技术精确地估算和画出各个区域之间的边界。利用无人机遥感技术在水土保护的监测中得到的高精度监测数据能够为提供对特定监测范围内各式植物及其土地使用的深入描绘和解析。通过利用DEM数据分析结合坡度数据和土壤侵蚀分类标准、侵蚀方程,可以对无人机遥感监测区域内的水土流失、其强度和分布状况提供更为详细的了解。

2.2水土保持动态监测

无人机遥感技术可以用相对较低的投资在较短的时间和更广的范围内监测水土流失的状态。同时,详尽的数据资料将帮助准确地计算并绘制出影响土壤侵蚀的各种因子,为GIS的水土流失分析研究奠定坚实的基石。通过无人机遥感监测技术所获取到的水土流失数据,可以用于有效的信息共享和实际应用中。利用无人机遥感探测技术得到的图像,结合项目区域的布局图来精确计算和绘制每一个边界区域。通过这些设置的标记,可以在无人机遥感侦测技术收集到的水土流失区域信息中,明确并划分监测区域内的植被覆盖范围及其土地使用情况。在对监测区域内的数据进行了完全数据收集后,利用DEM分析和坡度数据对土壤的侵蚀过程进行了科学的分类和划分。在水土保护的相关领域,专家和从业者可以利用图像分析技术来计算项目所在地的工程面积和植被覆盖率,并为这些分析值设定解释性标识以进行深入的植被覆盖率分析。在分析无人机遥感监测技术的水土保持数据时,可以利用DEM的研究结果来更新相关区域的大比例尺地形图。通过采用虚拟漫游技术和对现实现象的建模分析,可以准确展示相关项目或监测区域的植物覆盖率,从而为水土保护策略的制定提供有力的依据。

2.3水土保持设施验收评估

在开发建设工程里,特别需要关注输电路线、公路铁路和输油输气管道等线性工程方面,其中地势多变、线路长度也相对较长。通常,这些线性工程涉及从几百千米乃至上千千米的范围内,它们往往需要穿行在人迹稀少的区域和山区,因此,对这些项目进行实地评估和监测成为了一项极为困难的任务。通过采用无人机的遥感技术,不但能够妥善处理人烟稀少地区的水保设备检查问题,而且这种核查方法不仅速度更快、信息传递更为迅速,确保了关键水保设备的检查成功率。综合定位观测点和无人机遥感技术,能准确地了解到林木和草坪的成活率、保持率以及生产和覆盖的整体状况。防护工程的稳定性、良好程度以及运行状态。针对那些需要编制水土保护计划报告书的开发建设项目,可以对水土保持设备进行质量评价,这种方式可以减少验收所需时间,降低工作负担,并使得验收准则更加统一,确保结果的准确性和可信度。

借助无人机遥感监测系统,模拟了水土保持措施前后的地形、地貌、地物以及植被图片,进而分析小范围内土壤侵蚀、作物产出和经济收益的波动。这样的系统可以有效地验证水土保持措施的执行成果,实时地为流域的整体管理提供关键的决策参考。根据水土保持措施的工程验收标准和规定,构建一个数据库,允许无人机直接到达现场制作验收图纸,并计算出验收结果。这不仅可以提高验收的准确性,减少人的主观干扰,减少未检查的情况,也可以提高验收的标准,从而减轻工作的负担并节约人力和资源资源。

结束语

水土保持在我国的生态环境维护中占据了关键的位置,应该增加水土保护的资金投入,并鼓励无人机的遥感监测技术用于这一领域,通过结合无人机和卫星的遥感监测能力,实现对大规模、高精度的水土流失的持续监测。

参考文献

[1]孙洋.无人机遥感技术在水土保持监测中的应用[J].水利规划与设计,2017(6):89-92.

[2]杜迪.浅析无人机遥感技术在水土保持监测中的应用.中国科技纵横.2014(18):268.