淺談無人機等先進技術(shù)在水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估中的應(yīng)用

陳知送

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635)

?

淺談無人機等先進技術(shù)在水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估中的應(yīng)用

陳知送

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635)

水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估是水行政主管部門作出水土保持設(shè)施驗收審批決定的技術(shù)支撐和基本依據(jù),新形勢新政策下技術(shù)評估單位應(yīng)采用先進的技術(shù)評估方法,對工程現(xiàn)場做出合理準(zhǔn)確的評價。該文通過介紹無人機遙感等先進技術(shù)在水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估中的應(yīng)用,為現(xiàn)場評估核查提供借鑒。

水土保持；技術(shù)評估；無人機技術(shù)

根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于第一批清理規(guī)范89項國務(wù)院部門行政審批中介服務(wù)事項的決定》(國發(fā)〔2015〕58號)精神,2015年11月,水利部辦公廳以《關(guān)于貫徹落實國發(fā)〔2015〕58號文件進一步做好水土保持行政審批工作的通知》(辦水?！?015〕247號)明確要求,2016年6月30日以后水利部批復(fù)水土保持方案的生產(chǎn)建設(shè)項目,建設(shè)單位不再提交水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估報告,改由水利部通過政府購買服務(wù)方式委托有關(guān)機構(gòu)開展技術(shù)評估。新時期政策調(diào)整對水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估提出了更高要求,不僅要在行政許可規(guī)定的時間內(nèi)(15個工作日)完成現(xiàn)場核查,同時還要承擔(dān)后續(xù)風(fēng)險連帶責(zé)任。由于傳統(tǒng)測量、調(diào)查工具難以在短期內(nèi)完成大面積、長距離項目核查工作,評估現(xiàn)場核查作為評估程序中的重要技術(shù)環(huán)節(jié)更具難度。

1 現(xiàn)階段技術(shù)評估工作主要內(nèi)容

根據(jù)水利部司局函《關(guān)于印發(fā)<水利部水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估工作要點(試行)>的通知》(水保監(jiān)便字〔2015〕第187號)文件要求,新時期生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估的內(nèi)容主要包括對生產(chǎn)建設(shè)單位履行水土保持法定程序情況的評估、對生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治任務(wù)完成情況的評估和對生產(chǎn)建設(shè)單位水土保持組織管理情況的評估。

1.1 生產(chǎn)建設(shè)單位履行水土保持法定程序評估

通過收集查閱資料、檔案、文件等,與相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等進行核對,對生產(chǎn)建設(shè)單位履行水土保持法定義務(wù)和組織管理情況進行評估,對水土保持設(shè)施自驗報告、監(jiān)測報告等驗收申請材料和相關(guān)資料進行評價,并給出明確結(jié)論,主要包括水土保持方案編制、水土保持后續(xù)設(shè)計、水土保持方案和措施變更、水土保持監(jiān)測監(jiān)理工作、水土保持補償費繳納情況等。

1.2 生產(chǎn)建設(shè)項目水土流失防治任務(wù)完成情況評估

通過查閱資料、現(xiàn)場核查,核實工程現(xiàn)場水土流失防治責(zé)任范圍、棄渣取料場、水土保持措施體系和總體布局、水土保持設(shè)施完成情況、水土保持工程質(zhì)量、水土流失防治效果等。

1.3 生產(chǎn)建設(shè)單位水土保持組織管理情況評估

通過收集查閱核對資料、檔案、文件等,對工程水土保持工作組織、水行政主管部門監(jiān)督檢查意見落實情況、水土保持設(shè)施自驗、水土保持設(shè)施運行管護、水土保持設(shè)施驗收申請材料和相關(guān)資料等情況進行評估。

2 評估核查常用方法及缺點

技術(shù)評估的主要對象為批復(fù)的水土保持方案及其設(shè)計文件確定的水土保持工程措施、植物措施和臨時措施,同時對主體工程的水土保持功能進行評價或提出要求。評估核查主要調(diào)查水土保持方案報告書中劃分的防治分區(qū),詳細調(diào)查各防治分區(qū)中各項水土保持工程措施和植物措施的實施及運行情況,特別是對棄渣取料場、施工臨時設(shè)施、涉水敏感設(shè)施的調(diào)查。

2.1 外業(yè)核查常用方法

工程措施、植物措施均以實地調(diào)查和查閱資料相結(jié)合的方法進行評估。工程措施以實地測量和典型調(diào)查法為主,工程的外觀質(zhì)量和幾何尺寸一般采用目視檢查和皮尺(或鋼卷尺)測量,必要時可采用GPS、經(jīng)緯儀或全站儀測量。植物措施以樣方測量和面積推算法為主,主要依據(jù)《造林技術(shù)規(guī)程》和《水土保持綜合治理驗收規(guī)范》確定植物措施核查樣方,必要時可對覆土厚度、穴坑尺寸等做探坑、挖掘檢查。與此同時,查閱水土保持方案報告書及其批復(fù)文件等相關(guān)資料,對工程水土保持設(shè)施實施情況進行摸底調(diào)查,是客觀、科學(xué)作出技術(shù)評估的必要環(huán)節(jié)。

臨時措施大部分在技術(shù)評估階段已不存在,應(yīng)以施工、監(jiān)理監(jiān)測等單位的記錄和調(diào)查統(tǒng)計為主(應(yīng)有施工期影像資料印證)臨時措施主要是內(nèi)業(yè)資料核查,根據(jù)設(shè)計、監(jiān)理、監(jiān)測資料以及施工期間的影像資料等進行調(diào)查,復(fù)核臨時防護措施的實施情況。

2.2 核查比例要求

占地面積不小于5 hm2或土石方量不小于5萬m3的大中型棄渣場或取土場的防護設(shè)施；工程投資不小于1萬元的穿(跨)越工程及臨河建筑物；占地1 hm2及以上的園林綠化工程等作為重要單位工程,重點核查。重點評估范圍應(yīng)為主體工程取土(料)場、棄土(渣)場、施工便道等臨時設(shè)施的占地范圍。具體要求如下：

①重點評估范圍內(nèi)的單位工程查勘比例應(yīng)達到50%；其中對擾動強度較強項目的分部工程抽查核實比例應(yīng)達到50%。

②對其他評估范圍內(nèi)的單位工程查勘比例及其分部工程抽查核實比例均應(yīng)達到30%。

③對重要單位工程查勘比例及其分部工程抽查核實比例均應(yīng)達到80%。對重要單位工程,將全面核查工程措施的外觀質(zhì)量,并對關(guān)鍵部位的幾何尺寸進行測量；全面核查植物措施生長狀況(完成率、成活率和保存率)和林草植被種植面積；檢查水土流失防治效果等。

④線型建設(shè)項目的分部工程抽查核實比例,還應(yīng)按照不同地貌類型或不同侵蝕類型分別確定,山區(qū)適應(yīng)增加。

⑤對大型取棄渣料場做到100%的現(xiàn)場核查。

2.3 常用方法缺點

工程措施核查常用方法是對工程外觀質(zhì)量、幾何尺寸采用目視和皮尺測量,植物措施核查以樣方測量和面積推算為主,這些方法對于地形復(fù)雜、人工及車輛無法到達區(qū)域則難開展,如高山區(qū)輸變電工程塔基、大型棄渣場等。同時,對于線路較長、棄渣取料場多的線性工程,僅僅通過人工目測或測量幾乎無法按時(15個工作日)完成技術(shù)評估任務(wù)。因此,無人機遙感等先進技術(shù)是水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估工作方法和手段的創(chuàng)新,不僅能減輕對大面積或線型工程現(xiàn)場核查時的外業(yè)工作量,輕松獲取人員及車輛難以甚至無法到達的區(qū)域清晰的航拍影像,還能更真實、更直觀地反應(yīng)工程建設(shè)期所造成的水土流失狀況、強度及分布情況。通過對棄渣場、取土場等重點敏感控制點進行空間插值獲得DEM,能夠詳細分析比對棄渣量或取土量的變化情況等。此外,無人機還具有運用靈活、成本低等特點。

3 先進技術(shù)應(yīng)用

3.1 無人機遙感技術(shù)

無人機遙感即是利用先進的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù),實現(xiàn)自動化、智能化、專用化快速獲取空間遙感信息,完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無人機遙感是通過無線電遙控設(shè)備或機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的不載人飛行器。無人機作為空中遙感平臺的微型遙感技術(shù),其特點是:以無人機為空中平臺,遙感傳感器獲取信息,用計算機對圖像信息進行處理,并按照一定精度要求建立數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)庫,為獲取遙感區(qū)域相關(guān)信息提供平臺。

水土保持措施工程量調(diào)查中,工程措施可直接利用無人機高分辨率影像在地理信息系統(tǒng)中矢量勾繪,得出具體面積或長度,需要折算為漿砌石砌筑量或土方開發(fā)量的措施則需要配合現(xiàn)場斷面量測獲?。煌瑫r從無人機高分影像中對外觀質(zhì)量情況以及運行情況進行基本的判定,必要時可以現(xiàn)場觀測給予補充。如圖1航片,可輕松獲取渣場面積、渣體坡度、侵蝕溝長度、漿砌石擋墻長度和植物措施面積等信息。

圖1 國內(nèi)某高速公路棄渣場原始航片

對于水土保持植物措施,可在陰天或多云情況下用紅外波段和紅光波段的影像進行植被覆蓋提取,將植被覆蓋按照防治分區(qū)裁切后得出各區(qū)塊的綠化面積。水土保持措施布局的評估可以通過矢量化無人機遙感影像與方案報告圖紙對照,觀察其變化情況,可以得出相應(yīng)的數(shù)量和位置變化情況；同時重點核查的渣場位置和數(shù)量變化情況可以直接提取與方案設(shè)置的棄渣場情況表進行對照,對于渣場容量可以采用無人機DEM提取獲取現(xiàn)有渣場堆放數(shù)量和面積,進行變化對照詳細分析。防治效果的六大指標(biāo)確認,多以植被、硬化、水體、復(fù)耕等幾種地表現(xiàn)狀的對照,先利用遙感將各個圖斑的地表組成數(shù)據(jù)按防治分區(qū)進行統(tǒng)計,然后直接得出各個指標(biāo)。如圖2航片,可輕松獲取機場各功能區(qū)域面積、植物措施面積、排水措施工程量、硬化面積等信息。

圖2 國內(nèi)某機場遙感成果

3.1.1 無人機遙感調(diào)查目的

通過使用無人機對開發(fā)建設(shè)項目施工區(qū)域進行遙感調(diào)查,可以快速獲得項目區(qū)水土流失狀況、水土保持設(shè)施實施和運行狀況,以提高開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)評估工作的效率、精度及自動化程度。

3.1.2 遙感調(diào)查工作流程

遙感調(diào)查工作流程分為外業(yè)和內(nèi)業(yè)工作。

1) 外業(yè)工作

外業(yè)實地考察選擇外業(yè)作業(yè)區(qū)域,觀察外業(yè)作業(yè)區(qū)域的地形、地貌等概況。

選擇起飛場地：一般選用微型電動無人機,場地要求低,不需要跑道,不需要彈射架,只需手拋起飛就可以,地形限制幾乎不用考慮。無人機地面控制臺見圖3。

圖3 無人機地面控制臺

航線規(guī)劃：在所需飛行的航線區(qū)域布設(shè)控制點,通過遠程遙控裝置控制無人機按照指定航線進行飛行。無人機航線規(guī)劃要根據(jù)當(dāng)天的氣象條件進行飛行,設(shè)計航線時盡量逆風(fēng)或順風(fēng)飛,不要側(cè)風(fēng)飛,以便于航線控制。低空空域飛行不涉及航空管制等問題,且遙感飛行點位設(shè)置不涉及城市中心、機場等敏感區(qū)域。

飛行作業(yè)：根據(jù)設(shè)計的航線進行飛行作業(yè),利用無人機攜帶的高清數(shù)碼相機進行低空拍攝,獲取施工區(qū)沿線高清數(shù)碼影像信息。

采集地面控制點：采用高精度的RTK對飛行區(qū)域進行GPS點采集,便于后期影響信息的成圖達到所需要求,滿足水土保持遙感調(diào)查要求。

2) 內(nèi)業(yè)工作

① 將獲取的影像信息進行空間三維結(jié)算,得到DEM(數(shù)字地面高程)。

② 根據(jù)DEM(數(shù)字地面高程)成果,得到項目區(qū)內(nèi)坡度,坡向等信息。

③ 對圖像進行正射糾正,得到DOM(正射影像)。

④ 對單張DOM影像進行拼接,獲取工程沿線遙感影響信息。

⑤ 根據(jù)遙感影像成果,結(jié)合水土保持工作實際,提取植項目區(qū)被覆蓋度、擾動土地面積、項目區(qū)水土流失狀況和水土保持措施完成情況等信息。

3.2 現(xiàn)場核查輔助APP

在開展現(xiàn)場驗收評估核查時,受現(xiàn)場地形條件、氣候環(huán)境及人為因素影響,往往難以將工程現(xiàn)場,特別是線性工程全線進行詳細查勘。如對鐵路項目開展現(xiàn)場核查時,常常會遇到部分通往山區(qū)渣場的施工便道受線路通車試運行影響而被阻隔的情況,致使現(xiàn)場核查難以開展。此時需借助Google earth衛(wèi)星或無人機影像等作為現(xiàn)場核查的補充手段。在現(xiàn)場核查前,可借助影像資料初步篩選有問題的渣場(如缺失防護措施)并重點查勘,還可以對不符合防治標(biāo)準(zhǔn)的地塊的大致分布及主導(dǎo)因素等做出初步預(yù)判,提前通過內(nèi)部策劃形成工程現(xiàn)場完善措施意見。在現(xiàn)場核查時與相關(guān)參建單位就評估意見進行交底,以提高工作效率和評估意見反饋的針對性。同時,對線路長、渣料場數(shù)量眾多的線性工程開展現(xiàn)場核查時,時常會遇到現(xiàn)場核查點位、圖紙點位、拍攝照片等方面的問題,此時可利用諸如GPS2Googleearth、OruxMaps、OvitalMap等定位APP軟件,將現(xiàn)場核查的時間、空間位置及核查線路等進行實時記錄,以提高評估核查內(nèi)業(yè)和外業(yè)的工作效率和準(zhǔn)確度。

1) OvitalMap APP軟件

利用OvitalMap輔助現(xiàn)場核查,可導(dǎo)航、記錄、定位、查看高程數(shù)據(jù)、測量地塊面積,使用界面如圖4所示。

圖4 OvitalMap使用截圖

2) OruxMaps與GPS2Googleearth APP軟件

OruxMaps與GPS2Googleearth記錄、保存導(dǎo)入航跡、航點并統(tǒng)計相關(guān)信息,提供校準(zhǔn)功能,同時創(chuàng)建KML航跡導(dǎo)入Google Earth,直觀反應(yīng)現(xiàn)場情況,使用界面如圖5所示。

圖5 OruxMaps使用截圖

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多智能化、便捷化和高精度化的新技術(shù)被應(yīng)用到水土保持工作中來。近年來筆者通過應(yīng)用無人機遙感等技術(shù)對20余個項目進行評估,深感無人機遙感、現(xiàn)場核查輔助APP軟件等先進技術(shù)相比傳統(tǒng)核查評估方式有著更大的優(yōu)勢,大大提高了現(xiàn)場核查評估的精度和效率,更加適應(yīng)新時期水土保持設(shè)施驗收評估工作的需要。

可以說,無人機遙感技術(shù)在水土保持設(shè)施驗收評估工作中具有廣闊深遠的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

[1] 國務(wù)院.關(guān)于第一批清理規(guī)范89項國務(wù)院部門行政審批中介服務(wù)事項的決定：國發(fā)〔2015〕58號[A].2015-10-15.

[2] 水利部辦公廳.關(guān)于貫徹落實國發(fā)〔2015〕58號文件進一步做好水土保持行政審批工作的通知：辦水?！?015〕247號[A].2015-11-20.

[3] 關(guān)于印發(fā)《水利部水土保持設(shè)施驗收技術(shù)評估工作要點(試行)》的通知：水保監(jiān)便字〔2015〕第187號[A].2015-12-08.

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Application of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) Advanced Technology to Water and Soil Conservation Facilities Acceptance Technology Assessment

CHEN Zhisong

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute，Guangzhou510635，China)

Soil and water conservation facilities acceptance technology assessment is the technical support and the fundamental basis for the water conservancy administrative department to make approval decision advanced technology assessment methods should be adopted to technology assessments under the new situation new policy unit, to make reasonable accurate engineering in the field. In this paper, advanced technology such as UAV remote sensing is adopted in soil and water conservation facilities acceptance technology assessment, providing good assessment method for reference for local verification.

Soil and water conservation; Technology assessment; Unmanned aerial vehicle (uav) technology

2016-02-22;

2016-03-13

陳知送(1985),男,碩士,工程師,從事水土保持及生態(tài)恢復(fù)等方面研究。

TP79；S157

B

1008-0112(2016)02-0043-04