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3S技術在水土保持監(jiān)測工作中的應用

 gymrlwu78v8b0h 2020-06-09

本期期刊速讀內(nèi)容來自《水土保持應用技術》雜志2020年第2期文章《3S軟件在高速公路水土保持監(jiān)測中的應用》,作者李國輝,林松,秦曉蕾。

李國輝,碩士,工程師,工作于江西省水土保持科學研究院,主要研究方向: 水土保持監(jiān)測。

摘要

隨著3S技術在水土保持行業(yè)中的不斷應用,筆者結合多年高速公路水土保持監(jiān)測工作經(jīng)驗,總結并通過具體案例展示了幾種3S軟件的綜合應用。包括LSV 對無人機影像的可視化管理,91衛(wèi)圖助手歷史影像查看高速公路建設過程中擾動面積動態(tài)變化和水土保持措施實施情況,使用ArcGIS對棄土場面積、棄土方量進行計算。

正文

據(jù)統(tǒng)計,我國高速公路里程已達13.1萬km,位居世界第一,十三五期間,全國高速公路通車里程將達到16.9萬km,大規(guī)模的高速公路工程建設給社會經(jīng)濟帶來巨大效益的同時,也會給沿線的環(huán)境帶來負面影響,其中水土流失就是一個較為突出的環(huán)境問題。

高速公路建設項目空間跨度大,氣候氣象、地形地貌、土壤類型侵蝕影響因子空間異質性強,導致高速公路水土保持監(jiān)測過程中外業(yè)工作量大,野外工作困難,尤其是在山高谷深、路網(wǎng)稀疏等地區(qū),因種種條件限制,道路可通達性極為有限,利用傳統(tǒng)水土保持監(jiān)測方法進行野外踏勘存在成本高、周期長、效率低以及難以獲取全面信息等弊端。

近年來,3S技術不斷發(fā)展,一些信息公司也相應開發(fā)了許多3S技術軟件,可以從多源遙感數(shù)據(jù)中提取各種空間、時間尺度上的變化信息,結合水土保持行業(yè)應用,為廣大水土保持科研和咨詢工作者提供了便利的平臺,更為重要的是幫助水土保持監(jiān)測工作者提高了工作效率,降低了工作強度和成本。

筆者在參與多條高速公路水土保持監(jiān)測工作的基礎上,結合自身使用LSV和91衛(wèi)圖助手及ArcGIS等軟件的相關經(jīng)驗,通過具體高速公路項目展現(xiàn)幾種3S技術在高速公路水土保持監(jiān)測中的綜合應用。

1 軟件應用

1.1 輔助現(xiàn)場勘查

LSV軟件(PC端)整合了Google影像圖、Google衛(wèi)星圖、Google等高線圖、Google地形圖、Google歷史影像圖、天地圖、微軟地圖、氣象、地質圖、專題圖(植被覆蓋、水系)等數(shù)據(jù)。支持多種通用格式地形、影像、矢量數(shù)據(jù)加載到本地,支持的地理數(shù)據(jù)格式包括:影像(*.Irp等格式)、地形(*.tiff、*.Irp)、矢量數(shù)據(jù)(*.Igd格式)等。

LSV軟件(移動端)在LSV軟件(PC端)的基礎上增加了精確定位功能,實時記錄軌跡等功能。91衛(wèi)圖助手支持全球衛(wèi)星影像下載,全球歷史影像下載,全球高程數(shù)據(jù)下載,支持天地圖地方高清、百度、高德等70余種主流地圖和影像數(shù)據(jù)下載,支持坐標投影轉換、矢量標注和圖層管理,包含多種實用工具(測量工具、坐標轉換工具、搜索工具、地形工具、網(wǎng)絡工具),可與眾多專業(yè)軟件對接(Auto-CAD、ArcGIS、CASS、MapGIS、Erdas、Envi、GoogleEarth)。

在高速公路監(jiān)測過程中利用各軟件的優(yōu)勢和長處實現(xiàn)綜合利用,可以很好地幫助水土保持監(jiān)測工作者高效、優(yōu)質完成監(jiān)測工作。高速公路路線長,取(棄)土場多且較為分散,在外業(yè)勘查過程中,可以采用LSV記錄軌跡,在具體取(棄)土場位置定點,并對所有的監(jiān)測空間數(shù)據(jù)進行管理,方便以后每個季度的外業(yè)勘查工作。

1.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取及結果分析

在以往的生產(chǎn)建設項目水土保持監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn),高速公路水土保持監(jiān)測存在諸多問題,如取(棄)土場個數(shù)位置不明確、面積方量和堆渣高度不精確等。隨著監(jiān)測方法和監(jiān)測技術的發(fā)展,水土保持監(jiān)測水平較之前有了顯著的提升。

利用無人機對高速公路取(棄)土場區(qū)域進行航拍,后期對點云數(shù)據(jù)的分類處理,可快速得到取(棄)土場的數(shù)字地表模型(DSM)數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像(DOM)數(shù)據(jù)等信息。詳細流程見圖1。

圖1 無人機航拍及后期處理流程

將DEM和DOM數(shù)據(jù)導入LSV軟件,可提取出取土場的位置、范圍及面積、水土保持措施及存在的問題和水土保持隱患等信息,可提取出棄土場的位置、范圍及面積、棄渣量、最大堆渣高度、棄渣場類型與特點、水土保持措施及存在的問題和水土保持隱患等信息。詳見圖2、圖3。

圖2 某棄土場施工過程中91衛(wèi)圖影像與DSM

圖3 某棄土場LSV分析最大堆渣高度

1) 通過影像可以得出棄土場實際面積為2.43hm2,通過不同時期影像疊加可得出2018年7月棄土面積比2017年9月棄土面積增加了0.91hm2。

(2)通過LSV軟件計算提取該棄土場最大堆渣高度26.8m,同時可以分別提取每一級坡長,實施的水土保持措施工程量。如圖3所示。

(3)通過對該棄土場DSM數(shù)據(jù)進行分析,可得出2018年7月棄土量比2017年9月棄土量增加了7.3萬m3,該棄土場總棄土量22.8萬m3。

(4)通過高清航拍影像解譯,可以查看該棄土場已實施的水土保持措施,目前,該棄土場已平整,部分區(qū)域已撒播草籽并覆蓋無紡布,坡腳修建了擋墻。同時,該棄土場排水設施不完善,侵蝕溝嚴重,水土保持監(jiān)測人員可根據(jù)影像解譯結果向建設單位反饋現(xiàn)場情況。

高速公路水土保持監(jiān)測過程中,每季度都需要記錄取棄土場的變化情況,需留存大量的無人機影像,同時這些影像也包含了高速公路沿線的自然條件、跨越河流等信息,后期可作為報告編寫的材料,傳統(tǒng)的影像管理模式不便于照片的查看,通過LSV管理每季度無人機影像,可快速查看監(jiān)測過程中的場地情況。

2 結語

本文依托某高速項目棄土場展示了多種3S技術在高速公路水土保持監(jiān)測中的綜合應用,結合高速公路水土保持監(jiān)測經(jīng)驗進行了如下總結:

(1)通過91衛(wèi)圖助手中Google高清歷史影像可以快速掌握高速公路項目某一時段的土地擾動范圍和水土流失情況;

(2)通過LSV軟件平臺的優(yōu)勢,以及結合Arc-GIS軟件和無人機航測等技術可以快速識別項目現(xiàn)場動態(tài)變化情況,精確計算取(棄)土場的擾動面積和取(棄)土量,大大減少了野外工作量,提高了水土保持監(jiān)測人員的工作效率,同時也降低了工作成本,并且能及時準確地向建設單位反饋現(xiàn)場水土保持監(jiān)測情況;

(3)將每一季度取(棄)土場的數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)、數(shù)字正射影像(DOM)數(shù)據(jù)導入LSV軟件中可實現(xiàn)監(jiān)測影像的資料管理和后續(xù)的查看,隨著水土保持監(jiān)測信息化的不斷發(fā)展,3S技術將在高速公路水土保持監(jiān)測中發(fā)揮重要的作用。

/End.

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