基于无人机遥感技术的土壤流失监测研究.pdf

年第 期水利技术监督检验检测:/基于无人机遥感技术的土壤流失监测研究谢 翔 段文明 孟 琳 赵登良 徐 伟(青岛市水利勘测设计研究院有限公司(济南中心)山东 济南)摘要:水土流失对生态环境有较大负面影响 而哪种治理措施更合适 则需要对治理效果进行测算 采用无人机遥感技术和软件处理可以实现对研究区域水土流失情况数据的快速收集和测算 文章以某地区 个弃土场为研究对象 通过对比现场实测结果和不同软件测算结果 得出 软件 模型误差值最小 此外 测算模拟值均大于实测值 且差值随降水量增加而增大 说明采用无人机遥感技术存在局限性 同时也为类似工程提供了技术参考和经验关键词:无人机遥感技术 水土流失 土壤流失量中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:谢 翔(年)男 高级工程师:引言水土流失会导致土体质量下降 生态恶化等现象 采取相关水土保持措施对保护生态环境意义重大 采用无人机遥感技术对水土保持措施的实施效果进行监测效率较高 这也是近年来许多专家学者的常用方法 肖莉等人以某地区公路工程为研究对象 采用低空无人机遥感技术 对其水土保持措施的实施效果进行动态监测 结果表明:无人机遥感技术可以准确、直观的反映该工程的水土流失情况 可行性较高 程曦等人以某输变电工程为研究对象 基于无人机低空遥感技术 建立该工程的数字表面模型 对其水土保持防治效果进行监测结果表明:采用无人机对该地区的水土流失进行监测的准确性较高 可直观反映其防治效果 刘祥等人以某地区弃渣场为研究对象 采用无人机遥感技术对其水土流失情况进行监测 并将其监测数据与实际测量数据进行对比 结果表明:采用无人机遥感技术监测水土流失的误差小于 准确性较高 陈宇等人基于无人机技术 对某水利枢纽工程的水土流失情况进行监测 结果表明:该工程水土保持措施的实施效果良好 且无人机监测的准确性较高 丁宏宇等人以某煤矿工程为研究对象基于无人机遥感技术 建立其三维模型 分析该地区的土壤流失及水土保持情况 结果表明:该技术的监测误差为 可行性较高 本次研究采用无人机遥感技术 并结合 软件及 模型 对该地区弃土场的土壤流失情况进行测算 工程概况本研究以某地区为研究对象 该地区气候为亚热带高原季风型 四季分明 气候温和 雨量充沛 其雨季主要集中于 月 日照充足 无霜期达 个月 该地区土壤以绿洲潮土、风沙土为主 其水文气象见表 表 水文气象情况平均气温/年均降雨量/年均蒸发量/年日照时数/无霜期/年均最大风速/(/)由于该地区地势复杂 且河流湖泊较多 年均降雨量高达 经常发生滑坡、泥石流等地质灾害 水土流失十分严重 且以水力侵蚀为主 平均土壤侵蚀模数/()水土流失面积为 万 其中 中轻度流失面积占比 中度流失面积占比 强烈流失面积占比 极强烈流失面积 剧烈流失面积 无人机遥感技术及相关设备为分析该地区的土壤流失情况 以该地区的 检验检测水利技术监督 年第 期个弃土场为研究对象 分别为 弃土场、弃土场、弃土场 其控制点数量分别为 个、个、个 其检查点数量均为 个 无人机及相机相关参数见表 表 无人机相关参数名称参数名称参数最大起飞重量/最大起飞高度最大爬升速度/(手动)/(自动)悬停精度 水平 垂直 任务载荷起降方式垂直起降外形尺寸 空机重量 工作温度 续航时间 抗风能力 级机体材质碳纤维 纸基蜂窝复合材料巡航速度 /测控半径图传 数传 表 相机相关参数倾斜相机型号相机数量传感器尺寸有效像素镜头参数索尼 万 定焦(下视)定焦(倾斜)正射相机型号传感器尺寸有效像素镜头参数分辨率索尼 万 定焦利用无人机遥感技术得出的数据 可采用、等软件对其进行处理 即可得出弃土场的 影像 以此测算监测对象的周长、坡度、坡长等参数 根据坡体的相关参数即可得出弃土场的面积 结合该地区的降雨量数据 即可计算出弃土场的土壤流失量()其计算公式如式()所示 ()式中 土 壤 容 重/弃 土 场 面 积 土壤流失厚度 弃土场坡体坡度()为研究不同软件处理数据的准确性 对比分析、软件得出的弃土场面积计算结果 见表 由表 可知 采用 软件处理得出的弃土场面积的最大误差为 最小误差为 其平均误差为 采用 软件处理得出的弃土场面积的最大误差为 最小误差为 其平均误差为 说明 软件较为准确 且其误差波动范围较小 其测量结果较为稳定 以采用 软件得出的弃土场面积为研究对象 分析不同模型对其测量精度的影响可得:模型得出的测量误差最小 其平均误差为 模型得出的测量误差最大 其平均误差为 综合以上分析可得:采用 软件及 模型得出的弃土场面积误差最小 因此 本研究采用以上软件及模型进行监测表 弃土场面积计算结果处理软件模型弃土场编号 基准值/模拟值/误差/弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 弃土场 结果分析采用无人机遥感技术对 弃土场土壤流失量进行测算 结果见表 由表 可知:该弃土场的最大土壤流失量为 此时所对应的降雨量为 最小土壤流失量为 此时所对应的降雨量为 对比不同坡面的土壤流失量可得:其间的土壤流失情况具有一定的差异性 其中 面与 面的土壤流失量较小 均值分别为 、面与 面的土壤流失量较大 均值分别为 、说明该弃土场的土壤流失以其 面与 面为主 年第 期水利技术监督检验检测表 弃土场土壤流失量降雨量/各坡面土壤流失量/总计/采用无人机遥感技术对 弃土场土壤流失量进行测算 其计算结果见表 由表可知:该弃土场的最大土壤流失量为 此时所对应的降雨量为 最小土壤流失量为 此时所对应的降雨量为 对比 弃土场数据可得:弃土场的土壤流失量较大 且二者间的差值较大 说明 弃土场的水土保持方案实施效果较差 对环境改善效果较不明显 不同坡面的土壤流失情况具有一定的差异性 其中 面流失量最大 其均值为 面流失量最小 其均值为 说明 弃土场的土壤流失以其 面为主采用无人机遥感技术对 弃土场土壤流失量进行测算 其计算结果见表 由表可知:该弃土场的最大土壤流失量为 此时所对应的 降 雨 量 为 最 小 土 壤 流 失 量 为 此时所对应的降雨量为 在 个弃土场中 的土壤流失量最大 说明其水土流失情况较为严重 且该地区所采用的水土治理方案对其改善效果较不明显 不同坡面的土壤流失情况具有一定的差异性 其中 面最大 其均值为 面最小 其均值为 说明 弃土场的土壤流失以其 面为主表 弃土场土壤流失量降雨量/各坡面土壤流失量/总计/表 弃土场土壤流失量降雨量/各坡面土壤流失量/总计/为分析采用无人机遥感技术对土壤流失量测算的准确性 以 弃土场为研究对象 将其测算得出的模拟值与实测值进行对比 如图 所示检验检测水利技术监督 年第 期由图可知 无人机遥感技术得出的土壤流失量与降水量间呈正相关关系 随着降雨量的增大 弃土场的土壤流失量逐渐增大 对比实测值与模拟值可得 土壤流失量模拟值均大于其实测值 且当降水量较大时 二者间的差异较为明显 当降水量较小时 而二者间的差值较小 说明当降雨量较小时 采用无人机遥感技术对弃土场的土壤流失情况进行测算的准确性较高 当降水量较大时 采用无人机遥感技术测算弃土场的土壤流失情况准确性较差图 模拟值与实测值对比图 结论本研究通过大量的实地测量及软件模拟数据进行分析对比 验证了无人机遥感技术监测区域水土流失情况的可行性 而且也给出了处理数据最合适的软件和模型 这些都会给相关的工作提供技术和经验指导 但需要注意的是:本文所研究的区域仅仅是 个弃土场 相对于其他不同地形地貌来说 其是否存在特殊性还有待分析 至少需要更多数据去验证 而且各地区在土壤类型、地质条件、降雨量、温度等方面也存在极大差异在本地区应用效果较好的监测方法 并不一定适合其他地区 因此在应用无人机遥感技术时 还需要结合当地情况具体分析 不可盲目照搬其他工程的成功经验参考文献 肖莉 杨拥军 谭昌明 等.低空无人机遥感技术在公路水土保持监测中的应用实践.亚热带水土保持 ():.程曦 翟晓萌 仓敏 等.无人机低空遥感技术在输变电工程水土保持监测中的应用.中国水土保持():.刘祥 代斌 高强伟 等.无人机遥感技术在弃渣场水土保持监测中的应用.西部交通科技():.陈宇 魏玉涛 杨泳鹏 等.无人机技术在水土保持监测中的实践与思考:以某水利工程枢纽除险加固为例.海河水利():.丁宏宇 吴占华 李保华 等.无人机技术在点型水土保持监测中的应用.水土保持应用技术():.(上接第 页)按“一站一策”的要求实施 其现有替代措施是否能保证生态流量的正常泄放 需由原审批单位进行复核、审批 变更生态流量泄放措施的小水电应尽快补充完善相关审批手续“双碳”背景下 通过对小水电进行智能化改造 加快“补短板、强弱项”有效促进小水电安全生产和高质量发展 通过落实生态流量监测设施的网络通信费用 并配备备用电源 保证监测数据能够实时上传至生态流量监管平台 基于生态流量监管平台的在线监测数据 为实现数字化监控打下良好基础同时 根据生态流量监管平台的数据 对各电站生态流量泄放达标情况定期进行通报 切实加强对下泄生态流量的监管力度 建立健全生态流量考核机制 并将生态流量考核评价纳入河长制及有关生态文明建设的考核中 促进各项工作落到实处()夯实主体责任 积极推进小水电安全生产标准化建设 小水电清理整改领导小组有关部门应规范和加强电站主体责任人管理 逐站进行梳理核实 对不符合要求的要及时变更并重新公布 进一步落实监管责任 强化小水电安全生产监管 加强小水电安全生产标准化建设业务培训 指导电站主体责任人全面加快推进电站安全生产标准化建设从根本上消除安全隐患 其中 应重点监管防汛预案不完善、日常安全生产管理薄弱、无应急电源或应急备用电源不能正常运行的水电站 并限期整改 确保各项管理制度和安全措施落到实处()加大财政资金投入 将地方配套专项资金落实到位 部分地区经济欠发达 地方配套专项资金落实不到位 未能有效落实退出类电站拆除及补偿资金 导致设施设备不能及时拆除 社会不稳定因素增加 与“一站一策”方案和退出实施方案出现偏差()尽快明确退出类电站下游灌溉取水替代措施 部分立即退出类电站的引水口及渠道兼有灌溉功能 电站退出并拆除后 取水口被封堵 上游渠道无人管护 下游灌溉将受到影(下转第 页)