无人机在弃渣场水土保持监测中的应用.docx

    无人机在弃渣场水土保持监测中的应用    摘要：无人机监测相较于传统的监测技术手段，不仅工作更高效、调查更全面，而且监测数据更准确在弃渣场水土保持监测中，利用无人机可快速获取扰动土地面积和坡度等水土流失因子，估算取弃土方量和水保措施工程量，监测水土流失危害文章以磨万铁路为例，在分析总结弃渣场特点的基础上，详细探讨了无人机在弃渣场监测中的应用关键词：无人机；弃渣场；水土保持监测；应用1弃渣场的特点1.1弃渣场数量多且分布离散新建磨万铁路起于中老边境口岸磨丁，终到老挝首都万象市，线路全长414.516km，全线划分为六个标段施工过程中受施工时序等限制很难在标段之间进行土石方调配,加之运距、材料等诸多因素的影响,很容易形成大量的弃土弃渣,导致沿线弃渣场数量较多，沿线路离散分布根据设计及环保要求，做好弃渣场的防护及防排水工作，防止水土流失、边坡滑坡、堵塞河道等地质灾害发生非常重要，保证弃渣场下方施工道路及附近人员生命财产安全1.2弃渣场类型多样铁路工程属于线性工程,跨度较长，经过平原区和山区等多种地貌类型区弃渣场位置应选择合理，避免在不良地质体上弃渣原则弃渣场不能选择在铁路、公路、村庄、集镇、学校等构筑物及人群聚集场所（弃渣场溃坝影响范围）上方，若弃渣场必须选择在这些位置，应结合工程措施对弃渣场进行安全评估，若存在安全风险者，应采取有效措施予以规避风险。

弃渣场的类型通常有平地(缓坡)型、沟道(山谷)型、坡面型、填洼(塘)型和岗地型等5种类型各类弃渣场的特征见表1表1弃渣场分类1.3弃渣场存在较多变更受施工组织及运距等的影响,施工过程中产生的弃渣一般就近堆放,大多数不在原设计地点堆放,从而造成弃渣场存在较多的变更,给弃渣场的管理带来了难题,需要进行弃渣场方案变更1.4选址隐蔽,传统调查方法难以发现有些弃渣场距线路较远,或隐藏在山体的背面,传统的地面调查难以发现这类弃渣场,可能会遗漏,存在水土流失隐患2无人机在弃渣场水土保持监测中的应用2.1数据采集2.1.1采集天气条件选择无人机进行数据采集时应选择在太阳折射的正午或阴天，尽量选择在阴天作业因为阴天情况下所采集的影像在进行影像提取时只会出现较少的阴影或没有阴影，在使用Arcgis或ENVI、Erdas等软件进行基于计算机图形自动分割时，可以很容易的一次性分成弃渣场边界的图形分割，很大程度上降低了弃渣场征地方位内的解释工作2.1.2数据采集区域范围选择在无人机的数据采集作业中，数据采集区的范围应大于废渣场的边界范围从无人机航拍图像中获得的不同图像是通过相邻两幅图像的重叠部分拼接而成的，在重叠区域的数据质量往往高于未重叠地区。

当无人机作业范围与排土场边界重合时，弃渣场边缘可能只有一个图像覆盖区弃渣场边界不能满足2张以上重叠图像的覆盖要求，导致图像拼接精度差2.1.3无人机监测指标筛选弃渣场的水土保持监测指标主要有弃渣场的特征、类型、组成物质、堆放方式、水土保持措施和水土流失危害等2.1.4无人机监测流程弃渣场无人机监测流程包括影像数据获取、数据处理和成果数据应用1)影像数据获取利用无人机对弃渣场进行航拍作业，在航拍前需要对无人机进行调试，根据成果数据的精度要求设置一定的飞行高度，根据弃渣场的形状和大小进行飞行航线规划，拍摄时应保证航向重叠度大于75%，旁向重叠度大于60%此外还可以对弃渣场内的重点区域进行单独拍摄并录制视频2)数据处理利用PhotoScan软件对无人机采集的原始影像进行处理，导入原始影像数据后，软件自动进行三维重建、点云密集匹配、地形建模等过程，最终导出监测需要的DOM和DEM等中间成果，以便后续分析测量使用3)成果数据应用利用GIS软件对监测中间成果数据(DOM和DEM)进行量测、分析，可以获取弃渣量、面积、堆高、措施工程量等监测指标，根据获取的监测指标快速评价弃渣场的水土流失状况;利用GIS软件的制图功能制作弃渣场的扰动范围图、措施分布图等监测成果图件。

2.1.5无人机监测精度分析无人机航测精度包括正射影像的地面分辨率、绝对精度和相对精度，由实际弃渣场的数据处理结果可知，地面分辨率与飞行高度和相机的像素有关(DJIPhantom4无人机100m飞行高度能达到2cm地面分辨率)，在未添加控制点的情况下，绝对精度能够达到米级，相对精度能够达到厘米级，基本能够满足弃渣场水土保持监测的需要2.2数据提取2.2.1图像拼接在机械能图像拼接时，如果是弃渣场边界起伏较大的地区应提升相邻两幅图像的拼接匹配特征点的数量，如果弃渣场周边地形起伏区域较小，应减少匹配点的数量2.2.2图像分割方法图像分割方法根据弃渣场范围内部和外部纹理特征差异性大小选择确定当两者图像纹理特征差异较大时，选择非监督分类，一次性进行图像分割，然后在地理信息系统中将弃渣场范围矢量斑块一次性提取；如两者图像纹理特征差异较小时，选择监督分类，按照图像纹理特征完成训练区建立后进行图像分割当图像纹理破碎程度较高、需要建立的训练区数量较多时，采用基于图像纹理特征的分割方式来完成弃渣场区域提取，此种方法的特征是提取范围边界吻合度较高，但后期数据处理工作量较大2.2.3植被覆盖率提取可以使用红外相机完成植被覆盖率数据的提取工资，在进行影像采集时尽量选择在阴天，防止图像中出现过多噪声。

2.2.4DEM提取如果对弃渣场的体积、等高线有提取需求时，要想保证摄影测量的精度应合理的选择航线和重叠度在重叠度一定、计算机配置较高时应适当的增加不同方向的的航线采集图像在完成第一次航线工作后应调整航线角度，增加不同方向下采集无人机图像，提升提高DEM数据精度生成高质量的等高线数据2.2.5拦挡、排水设施提取拦挡和排水设施提取时由于其图像纹理在空间上比较狭窄不容易分辨，更加适合采取基于纹理特征的提取方法提取参数设计时，选择较高的图像连通度，避免因图像分割结果破碎而增加后期数据处理的工作量2.3结果输出结果输出的数据类型和数据库结构，根据实际需要进行合理设置，数据库类型和结构以水土保持监测通用的格式设计，避免反复进行数据运算使内业工作量增加3结语：利用无人机开展弃渣场水土保持监测，能够提高监测的工作效率、质量和信息化水平，具有良好的示范效应虽然目前无人机在水土保持监测中应用较为广泛，技术也比较成熟，但由于缺乏相关的规程规范导致监测成果差异较大，因此应及时制定无人机监测技术规程，规范监测流程和成果质量，使无人机监测成果具有较高的可信度参考文献：[1]李俊,高智,李健.无人机在弃渣场水土保持监测中的应用[J].浙江水利科技,2017,45(01):34-35+40.[2]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——以鄂北水资源配置工程为例[J].中国水土保持科学,2017,15(02):132-139.[3]周春波,王农,周淑君,秦晓蕾.无人机在弃渣场监测中的应用探讨[J].中国水土保持,2018(01):44-46.  -全文完-。