无人机遥感技术在公路建设项目水土保持监测中的应用

无人机遥感技术在公路建设项目水土保持监测中的应用

薛凯，陈淑娟，高强伟，代斌

（广西交通科学研究院有限公司，广西南宁530007）

摘要：无人机遥感技术作为一种全新的技术手段，其在公路建设项目水土保持监测中的应用还没有成熟的技术方案，本文结合水土保持监测的基本要求，构建了无人机遥感技术应用于公路建设项目水土保持监测的技术方法。

关键词：无人机遥感监测水土保持监测公路建设项目遥感数据信息提取

随着公路建设的大规模发展，公路建设引起的侵蚀是区域土壤侵蚀的重要组成部分[1]，由此造成的水土流失问题日益得到重视，水土保持监测作为公路建设项目水土保持工作的重要组成部分，是水土流失监督管理和治理的重要基础。公路建设尤其是山区、丘陵区的公路建设由于交通不畅、地势险峻、气候恶劣导致传统的水土保持监测技术无法满足水土保持监测的及时性、完整性要求。近年来，无人机遥感技术日益成熟，其已经广泛的应用于地质灾害调查、海洋环境监测、土地利用监测等领域，目前该技术在公路建设项目水土保持监测中的应用还没有成熟的技术方案。本文根据对无人机遥感监测的特点，结合水土保持监测的相关技术要求，探讨该技术在公路建设项目水土保持监测中的技术应用方案。

1公路建设项目水土保持监测重点

根据《生产建设项目水土保持监测规程（试行）》的要求，水土保持监测内容主要包括公路建设项目扰动土地情况监测，主要指扰动范围、扰动面积、土地利用类型及其变化情况等；弃土（石、渣）情况监测，包括弃土（石、渣）场及临时堆堆放场的数量、位置、方量、表土剥离、防治措施落实情况等；水土流失情况监测，包括土壤流失面积、土壤流失量、弃土（石、渣）潜在土壤流失量和水土流失危害等；水土保持措施监测，包括措施类型、开（完）工日期、位置、规格、尺寸、数量、林草覆盖度（郁闭度）、防治效果、运行状况等。

2公路建设项目水土保持监测方法

2.1传统监测方法

传统的水土流失监测方法主要包括地面观测、实地量测和资料分析。公路建设项目尤其是山区、丘陵区新建公路项目一般交通条件差、地势险峻，给水土保持地面观测和和实地量测带来不便，耗费大量的人力物力也很难达到水土保持监测的完整性要求，遇暴雨或水土流失灾害事件发生后也很难及时完成水土保持监测。

2.2无人机遥感监测方法

无人机遥感监测使用无人机进行航拍，无人机航拍时根据遥感监测对象需要选择无人机型号，起飞方式根据地形条件分为自动和手抛，无人机搭载垂直云平台，获取遥感监测数据。无人机遥感监测克服了传统监测方法局限性，可及时、全面、准确的反应公路建设项目水土流失状况和水土保持防治进展等情况[2]。

3无人机遥感基础收据的获取

3.1飞行参数的设定

无人机飞行参数主要包括航向、飞行高度、角度及旁向重叠度等。公路建设项目呈线状分布，一般弃渣量较大，弃土（石、渣）较多，且大部分渣场位于路线两侧1km直线距离内，涉及防治责任范围较大。根据公路建设项目特点，一般无人机飞行方向以路线为中心线，两侧各外延1km，飞行高度一般设置100m左右，可根据拍摄区域的范围及风速等略有调整。航片重叠度一般设置在75%左右[3]，公路建设项目路线长，监测范围广，为经济省时，航片重叠度可以适当降低，但为满足数据精度要求，航片重叠度一般不应低于50%。对于分布在公路两侧1km以外的弃土（石、渣），可针对弃土（石、渣）制定飞行参数。

3.2控制点布设及数据采集

根据监测范围和地理特征，布设若干数量的控制点和解译标志，并对这些点逐一进行测量定位并标识特征物，以便对遥感数据进行遥感解译。根据公路建设项目水土保持监测项目特点，对于一些纹理特征相近的地物，应布设相应解译标志为遥感数据监督分类提供依据。如公路边坡及弃土（石、渣）、临时堆土场等经常采用密目网临时覆盖，由于遥感数据中密目网纹理与地物的绿化覆盖相近，布设相应解译标志就可以避免解译混淆而导致的错误，提高监测精度和准确性。

3.3遥感监测频次

根据水土保持监测要求，扰动地表情况监测应在施工前开展1次，施工高峰期每季度一次，施工期每年不少于1次；弃土（石、渣）场面积、水土保持措施监测不少于每月监测记录1次，正在实施弃土（石、渣）场方量、表土剥离情况监测不少于每10天监测记录1次，临时堆放场监测频次不少于每月监测记录1次；水土流失情况监测土壤流失面积应不少于每季度1次，土壤流失量、弃渣潜在土壤流失量应不少于每月1次，遇暴雨、大风等应加测；水土保持措施监测工程措施及防治效果不少于每月监测记录1次，植物措施生长情况不少于每季度监测记录1次，临时措施不少于每月监测记录1次。

3.4遥感影像处理及成果数据

参数设定后，无人机根据设定好的飞行路线，实施无人机飞行及拍摄，获取遥感影像数据。影像数据经过AgisoftPhotoscanProfessional软件处理，形成DOM和DEM成果。

4监测信息的提取

4.1扰动土地情况监测

根据DOM成果，目视判别结合计算机分类技术，快速获得公路建设项目土地利用类型分类。结合公路建设项目的平面布置图，画出各防治分区边界线，借助ArcGIS软件计算各防治分区的面积，并标识不同用地类型，获取建设项目扰动范围及面积，对比不同时期的DOM成果，可获得扰动范围及面积的变化。

4.2弃土（石、渣）情况监测

通过DOM成果，借助ArcGIS软件，提取公路建设项目弃土（石、渣）场、临时堆土场及取土场的边界，读取具体位置及面积。根据DEM成果，借助ArcGIS软件，提取弃土（石、渣）方量，根据不同时期监测成果，获得项目建设弃土（石、渣）方量变化情况，表土剥离情况可根据原始遥感数据生成的三维模型观察得到。

4.3水土流失情况监测

土壤流失面积可通过DOM成果提取，土壤流失量不能直接提取，要根据土壤流失面积、土壤侵蚀模数及侵蚀时段计算获得。土壤侵蚀模数可由地面观测获得，常用观测方法有简易径流小区法、简易坡面量测法及沉沙池法。

4.4水土保持防治措施监测

水土保持措施包括工程措施、植物措施和临时措施。通过DOM成果，结合遥感解译，借助ArcGIS软件，可以获得各措施位置及工程量，对比不同时期的遥感监测数据，掌握水土保持措施实施进展情况。

4.5水土保持防治效果监测

水土保持防治效果主要包括扰动土地整治率、水土流失总治理度、拦渣率、土壤流失控制比、林草植被恢复率和林草覆盖率等6项指标，依据6项指标计算公式，根据DOM、DEM成果提取相应计算参数，计算6项指标并根据防治标准检验其是否达标。

5结语

文章根据无人机遥感监测的特点，结合水土保持监测的相关要求，通过遥感数据获取、水土保持监测基本信息的提取及应用等方面，构建了无人机遥感技术应用于公路建设项目水土保持监测的技术方法，以期为公路建设项目水土保持监测提供技术参考。

参考文献：

[1]王飞，李锐，杨勤科.公路建设水土流失与水土保持研究[J].公路，2003（08）：148-152.

[2]杨恺.无人机遥感技术在开发建设项目水土保持监测中的应用[J].陕西水利，2013（4）：145-147.

[3]张雅文，许文盛，韩培，沈盛彧，王志刚，张平仓.无人机遥感技术在生产建设项目水土保持监测中的应用_以鄂北水资源配置过程为例[J].中国水土保持科学，2017（2）：132-139.

薛凯（1986—），男，工程师，主要从事水土保持工作