遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應用

遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應用

Summary:為有效控制和減少水土流失，解決傳統(tǒng)水土保持監(jiān)測技術(shù)存在的低效率、低精度和不全面等問題，本文首先簡要介紹了遙感技術(shù)中無人機遙感技術(shù)的特點和優(yōu)勢；其次探討了遙感技術(shù)分別在水土流失危害監(jiān)測、水土流失狀況動態(tài)監(jiān)測和建設工程地區(qū)水土保持監(jiān)管的應用情況；最后對技術(shù)的應用前景進行了分析展望。研究結(jié)果表明與傳統(tǒng)監(jiān)測方法相比，與信息技術(shù)結(jié)合的遙感技術(shù)監(jiān)測范圍更廣，精度更高，靈活度更強，應用前景更廣泛，實用性更強。Keys：遙感技術(shù)；水土保持；3S技術(shù)；無人機監(jiān)測引言隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，建設初期對自然環(huán)境的破壞程度較重。根據(jù)水利部發(fā)布的水土保持情況公報，全國土壤侵蝕總面積294.91萬平方公里，占普查范圍總面積的31.12%。各地水土流失情況嚴重，耕地面積減少，各類相關(guān)自然災害頻發(fā)，極大地影響了生產(chǎn)生活，阻礙了經(jīng)濟社會的健康發(fā)展。因此治理水土流失并建立合理的監(jiān)測、防治體系對于踐行綠色生態(tài)文明建設，保障民生具有重要意義。由于地域水文地理差異和災害程度不同，目前常用的水土保持監(jiān)測方法主要是因地制宜的地面監(jiān)測方法，3S技術(shù)和激光雷達技術(shù)。一、水土保持監(jiān)測工作重要性（一）水土保持監(jiān)測工作的必要性。3S技術(shù)是重要的水土保持監(jiān)測方法之一，3S分別是遙感系統(tǒng)，GIS系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)，首先獲取圖像信息后，通過各類數(shù)字技術(shù)對一定空間內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)進行處理和分析等[1]。其中遙感技術(shù)對于前期圖像信息收集具有重要作用，例如勘察項目建設情況、地區(qū)植被覆蓋情況、土壤侵蝕情況等，以便更好地預測水土流失程度，及時建立水土流失防治方案，為相關(guān)部門的審批決策提供依據(jù)。（二）無人機遙感技術(shù)的特點和作用。隨著智能化無人操控技術(shù)的發(fā)展，無人機探測技術(shù)在包括水土流失監(jiān)測的各領(lǐng)域廣泛應用。無人機機動性較強，人為操控可以到達全監(jiān)測區(qū)域，進行多種路線設計，靈活穿梭各狹窄死角，系統(tǒng)性地完成探測任務。作為一個對地觀測綜合性技術(shù)，與其他技術(shù)手段相比具有以下特點：其一是可以對監(jiān)測區(qū)域全覆蓋探查、從而可以采集到系統(tǒng)完整的影像數(shù)據(jù)。其二是與GPS系統(tǒng)協(xié)同工作，實時動態(tài)監(jiān)測地區(qū)水文地質(zhì)變化，技術(shù)性強，操作靈活，人工需求相對少。其三是數(shù)據(jù)具有綜合性、融合度高，原始數(shù)據(jù)量大。對于復雜的地理結(jié)構(gòu)無人機遙感可以做到垂直和斜向多角度構(gòu)建三維立體模型，拍攝的圖像數(shù)據(jù)精度高，層次明顯，解決了重疊覆蓋部分的數(shù)據(jù)收集。其四是操作條件限制少，對室外環(huán)境溫度要求低，對項目工程水土保持監(jiān)測中安全性高。（三）水土保持監(jiān)測方法。水土保持監(jiān)測的內(nèi)容主要包括擾動土地情況監(jiān)測、水土流失情況監(jiān)測、工程措施水土監(jiān)測等。對應的傳統(tǒng)監(jiān)測方法多依靠人工采集數(shù)據(jù)進行地面監(jiān)測，然而人工獲得的定量參數(shù)成本高昂、勞動強度大、數(shù)據(jù)缺乏代表性、結(jié)果產(chǎn)出時間長、誤差較大等缺點，并且不能動態(tài)更新。近年來隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工結(jié)合3S技術(shù)的監(jiān)測方法逐漸廣泛應用。國內(nèi)自主建設的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)也為高分辨率衛(wèi)星定位和實時跟蹤奠定了堅實基礎。地面依靠遙感技術(shù)可以集成多傳感器、多分辨率，不同解譯方法分析得到的監(jiān)測區(qū)域影像數(shù)據(jù)[2]。太空和地面技術(shù)結(jié)合，可以快速大量地提取陸地表層系統(tǒng)（如河流流域、森林保護區(qū)等自然地區(qū)）的水文信息，及時更新對實時動態(tài)監(jiān)測具有不可替代的作用。二、遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應用（一）遙感技術(shù)在水土流失危害和實時動態(tài)監(jiān)測中的應用。水土流失可使土壤吸收礦物質(zhì)能力下降、江河淤積、自然災害如洪水加劇等問題，因此對土壤肥力、土壤侵蝕敏感性進行評價可以對水土流失情況進行評估。對其機理研究及治理建設具有重要意義。區(qū)域植被覆蓋狀況是影響水土流失的重要指標之一，水土流失動態(tài)監(jiān)測是國家推進生態(tài)文明建設的一項基礎性工作。根據(jù)遙感影像原始數(shù)據(jù)以及在此基礎上解譯的數(shù)據(jù)與信息，結(jié)合GPS技術(shù)和模擬、典型調(diào)查、實地對照的方法，確定水土流失動態(tài)監(jiān)測影響因素調(diào)整、優(yōu)化水土保持措施，確保水土保持措施的合理實施。唐方云等對3S技術(shù)在水土保持監(jiān)測中水土流失危害和實時監(jiān)測進行了簡要分析，認為結(jié)合RS技術(shù)，利用INFO軟件或者導航定位系統(tǒng)，可以在高效更新源數(shù)據(jù)庫中的基礎信息，從而做到實時動態(tài)的水土監(jiān)測。例如研究人員設計的黃土高原土壤侵蝕監(jiān)測和管理信息系統(tǒng)，整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)由多層遙感設備進行采集和傳輸，地面常規(guī)監(jiān)測、衛(wèi)星監(jiān)測和無人機遙感監(jiān)測共同收集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)智能篩選和更新數(shù)據(jù)，分區(qū)塊建立不同指標的對應數(shù)據(jù)庫，屬性庫、模型庫等，從而形成了一個動態(tài)、整體、系統(tǒng)性的多功能系統(tǒng)、還可以數(shù)據(jù)處理直接獲取和預測相關(guān)水土保持的狀態(tài)。（二）遙感技術(shù)在建設工程地區(qū)水土保持監(jiān)管的應用。根據(jù)水利部門的規(guī)定，大型生產(chǎn)建設項目生產(chǎn)建設單位應當自行或者委托相應機構(gòu)在建設期、試運營期以及生產(chǎn)運營期對水土流失展開監(jiān)測。其他的生產(chǎn)建設項目鼓勵單位自行或委托相應機構(gòu)對水土流失進行監(jiān)測。建設工程地區(qū)水土保持監(jiān)管對施工安全和綠色生態(tài)建設具有重要作用，通過遙感技術(shù)衛(wèi)星監(jiān)控提取圖像數(shù)據(jù)，篩選監(jiān)測相關(guān)指標有效數(shù)據(jù)，可以客觀反映項目施工現(xiàn)狀，保證地基的穩(wěn)定性，對水土流失問題進行及時發(fā)現(xiàn)和控制。目前生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)管還存在不足，為此王新星等以山西、陜西和內(nèi)蒙古接壤的地區(qū)的“部批生產(chǎn)建設項目”為研究對象，利用衛(wèi)星遙感篩選未批先棄的棄渣場，再用無人機遙感調(diào)查地區(qū)水土保持信息，對工程項目水土保持工作進行監(jiān)管。結(jié)果顯示大范圍區(qū)域中，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)可快速高效地對擾動基本信息進行采集，排查違規(guī)區(qū)域，在小范圍區(qū)域中，利用無人機遙感可以對重點區(qū)域進行高效全面地精確監(jiān)管[3]。（三）遙感技術(shù)在水土保持監(jiān)測中的應用前景。遙感技術(shù)對信號條件存在依賴性，如遇到大氣影響或者電磁干擾、噪點較多等情況時無法及時獲得拍攝的圖像，因此后續(xù)可主要對其工作穩(wěn)定性、強度升級和精度升級等方面進行改進。在應用方面，林場、森林自然保護區(qū)、中小流域、大規(guī)模草場都是水土流失的重點監(jiān)測對象，此類地區(qū)具有規(guī)模大、人工監(jiān)測成本高難度大、地形地勢復雜等特點，無人機遙感技術(shù)可以科學規(guī)劃監(jiān)測分區(qū)，監(jiān)測路線，對坡度數(shù)據(jù)等也進行全面的數(shù)據(jù)采集[4]。在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)經(jīng)營中，對耕地和草場的水土保持監(jiān)測也必不可少，耕地在種植中的水土流失主要表現(xiàn)在土壤肥力下降等指標中，草場主要是過度放牧引起的植被覆蓋率過低導致水土流失現(xiàn)象，對于不同類型和地理位置的水土保持監(jiān)測需要有針對性地制定相應的防治措施。結(jié)束語

遙感技術(shù)是信息時代的產(chǎn)物，在水土保持監(jiān)測中能減少人工和時間成本，應對各種復雜環(huán)境，做到全面覆蓋監(jiān)測，彌補了傳統(tǒng)水土監(jiān)測方法的不足。但目前技術(shù)還存在許多問題，例如技術(shù)標準不健全、監(jiān)測手段落后、監(jiān)測點分布不均、檢測人員專業(yè)培訓缺失等問題，因此為更好地將遙感技術(shù)應用到水土保持監(jiān)測工作中，對水土流失危害進行及時有效的防控，保障農(nóng)商經(jīng)濟穩(wěn)定，提高水土保持監(jiān)測工作質(zhì)量和信息化，加大水土資源保護、推動生態(tài)文明建設具有重要意義。Reference[1]陳宇.無人機技術(shù)在水土保持中的應用現(xiàn)狀與展望[J].海河水利,2018(3):61-63；[2]胡玉杰,屈創(chuàng).無人機遙感在水