基于“河長制”下無人機遙感技術的應用探討

林順海，陳 峰，趙國慶，張 鵬

（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 31000 2）

基于“河長制”下無人機遙感技術的應用探討

林順海，陳 峰，趙國慶，張 鵬

（浙江省水利水電勘測設計院，浙江 杭州 31000 2）

通過技術手段，大力助推河長制的實施和有效管理，是一個新興的熱點和難點。無人機遙感技術是集多項先進技術為一體的新型技術，具有自動化、智能化和快速獲取國土、資源及環(huán)境等空間遙感信息的優(yōu)點。在分析無人機遙感技術特點的基礎上，以上虞區(qū)河道治理為實例，利用多個無人機航測產品，推動和提升河長制下的河道治理等多方面的綜合管理。

無人機遙感技術；河長制；河道管理

1 問題的提出

河流和湖泊具有重要的資源功能和生態(tài)功能，是洪水的通道、水資源的載體、生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，在防洪、供水、發(fā)電、航運、生態(tài)等方面發(fā)揮了重要的作用，有力支撐了經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，取得了顯著的綜合效益。但河湖管理保護仍面臨不少問題，一些地方侵占河道、圍墾湖泊、超標排污、非法采砂等現象時有發(fā)生，嚴重影響河湖防洪、供水、航運、生態(tài)等功能發(fā)揮。因此，為落實綠色發(fā)展理念、推進水生態(tài)文明建設，有力促進水資源保護、水域岸線管理、水污染防治、水環(huán)境治理等工作，著力解決當前復雜水問題、維護河湖健康生命，完善水環(huán)境治理體系、保障國家水安全的制度創(chuàng)新，進一步加強河湖管理保護工作，落實屬地責任，健全長效機制，2016年12月11日，中共中央辦公廳、國務院辦公廳公布了《關于全面推行河長制的意見》。

河長制是近幾年我國在河湖綜合保護治理等方面大力推廣的制度之一，研究較多的是對河長制下的管理模式應用探討，從經濟學角度、法學角度對河長制進行評析，又或者對某一地區(qū)的河長制的實施現狀以及意義進行分析和探討。但從助推河長制實施的各種技術角度進行的研究較少，因此，開展這方面的研究具有非常重要的意義。隨著無人機在各個領域的應用擴展，以及遙感技術的快速發(fā)展，本文創(chuàng)新性的開展了基于河長制下的無人機遙感技術應用研究，通過利用無人機航拍提供的各種成果，發(fā)揮無人機遙感技術在河道保潔、岸線保護等方面的服務保障能力，對支撐河長制工作具有重要的現實意義。

2 無人機遙感技術及其特點

2.1 無人機遙感技術

隨著測繪科學技術的發(fā)展，運用傳感器（遙感器）對遠距離地物所輻射和反射的電磁波信息，進行收集、處理并成像的綜合技術應運而生，即遙感科學與技術。其具有大面積同步觀測、獲取信息速度快、周期短、成本低、精度較高等特點。根據遙感工作平臺區(qū)分，可分為地面遙感、航空遙感、航天遙感等。低空遙感至今沒有一個確切的定義，廣義上一般認為高度在1 000 m以下的航空遙感稱為低空遙感[1 - 3]。

因搭載平臺的限制，低空遙感多指應用無人飛行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）進行作業(yè)。伴隨著無人飛行器的發(fā)展，近年來，無人飛行器將其自身特點與航空攝影測量相結合，成為攝影測量與遙感的新平臺被引入測繪行業(yè)，成為一個新的發(fā)展方向。

無人機（UAV）是通過無線電遙控設備或機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的無人駕駛飛行器，通過搭載數碼相機、多光譜成像儀、三維激光掃描儀等設備，可執(zhí)行多目標任務。按無人機系統(tǒng)組成和飛行特點，可分為無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇和無人直升機型等類別。

無人機遙感技術是集先進的無人駕駛飛行器技術、遙感傳感器技術、遙測遙控技術、通訊技術、GPS差分定位技術和遙感應用技術為一體的新型應用技術[4-5]。無人機遙感技術是遙感科技的重要組成部分，隨著國民經濟及社會發(fā)展對遙感數據需求的日益提高，無人機遙感以其全天時、實時化、高分辨率、靈活機動、高性價比等優(yōu)勢，在生態(tài)環(huán)境保護、土地利用調查、水利、自然災害監(jiān)測與評估、礦產資源勘探、測繪等國民經濟及社會發(fā)展各個領域發(fā)揮了重要作用，成為繼衛(wèi)星遙感和常規(guī)航空遙感技術之后的新興發(fā)展方向，發(fā)展?jié)摿薮?，應用前景廣闊。

2.2 無人機遙感技術優(yōu)勢

無人機遙感技術的主要優(yōu)勢有：

（1）機動、靈活、快速。能快速到達指定目標區(qū)域，起降場地要求低，可在15 ～ 30 min完成組裝、調試和起飛。

（2）操作簡單，越來越智能化、自動化。可以通過事先設制的飛行路線，在飛行中進行校對和調整，對目標精確航拍。具備故障自動診斷及顯示功能，如果發(fā)生故障，會自動返航等待故障排除。

（3）體積小、成本低。操控簡單，培訓時間較短，設備存放、維護比較簡便，可節(jié)省調試、停機等費用。

（4）數據處理速度快。借助無人機遙感數據處理軟件系統(tǒng)，幾小時就可獲取遙感數據。

（5）影像分辨率高。遙感影像分辨率高、成像效果清晰，可垂直或傾斜成像，在200 m高的空中可拍攝地面5 cm大小物體，而一般衛(wèi)星和航拍只能分辨地面50 cm大小的物體。

（6）數據精度高。可顯示平面和三維場景影像及三維數據信息。

2.3 無人機遙感技術助推河長制

《關于全面推行河長制的意見》中，明確提出了加強河湖水域岸線管理保護，加強執(zhí)法監(jiān)管、建立河湖日常監(jiān)管巡查制度、實行動態(tài)監(jiān)管等方面的主要內容。另外，河湖經過專項專人的治理之后，對于成果的復核和后期的監(jiān)督評價同樣是一項復雜的工作。無人機具有快速出動，大范圍探測等特點，可提供高清視頻和正射影像等其他航測數據產品，在大量的數據支持下，無人機遙感技術可以有效彌補人力現場復核和監(jiān)督不到位等缺點和不足，同時也可在河湖動態(tài)監(jiān)管和日常巡查等方面發(fā)揮巨大作用。

3 無人機遙感技術在“河長制”下的應用

3.1 治理對象和區(qū)域

河長制是從河流水質改善領導督辦制、環(huán)保問責制衍生出來的水污染治理制度，由各級黨政主要負責人擔任河長，負責轄區(qū)內河流的污染治理，使河流保持河清水潔、岸綠魚游的良好生態(tài)環(huán)境。本文以紹興市上虞區(qū)的河道治理為研究對象，利用無人機航拍的各種成果，實現河道保潔、河湖監(jiān)管等方面的創(chuàng)新，極大提高了河長制下的工作效率。

3.2 無人機遙感技術成果應用

3.2.1 航拍影像應用

無人機航拍是以無人機作為空中平臺，以機載遙感設備，如高分辨率CCD數碼相機、輕型光學相機、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測儀等獲取信息，用計算機對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成航拍影像，具有高清晰、大比例尺、小面積、高現勢性等優(yōu)點。

無人機航拍作業(yè)需要經過飛行前的路線規(guī)劃、飛行前檢查、飛行準備，到起飛后的監(jiān)控，直到飛行結束，數據導出，飛后維護、飛行故障處理等過程，最后是數據處理，成果檢驗和提交。無人機航拍視頻的工作流程見圖1，飛行作業(yè)前，無人機航線規(guī)劃以及參數設置示例見圖2。

圖1 無人機航拍視頻流程圖

圖2 無人機航線規(guī)劃以及參數設置圖

通過分析無人機航拍獲取的高清航拍影像，航拍影像應用展示見圖3，紅線區(qū)域內為河道范圍，可以清晰的看到水面上的漂浮物和垃圾，以及水污染區(qū)域。能第一時間直觀地掌握污染物類別、范圍、大小以及擴散情況。

圖3 無人機航拍影像應用展示圖

利用無人機航拍影像，不僅僅可對河湖污染源、水域污染區(qū)域、水面漂浮物等情況進行檢查和復核，還可以對非法占用水域、圍墾湖泊、非法采砂等現象進行實時動態(tài)監(jiān)控，為河長全面掌握管轄范圍內河湖水環(huán)境現狀和執(zhí)法監(jiān)管提供實時航拍影像證據。

3.2.2 數字正射影像圖應用

利用攝影測量技術，對無人機影像數據進行內業(yè)處理，并按一定圖幅范圍裁剪得到被測地區(qū)的數字正射影像圖。數字正射影像同時具有地圖的幾何精度和影像的視覺特征，具有精度高、信息豐富、直觀逼真、可讀性高等優(yōu)點[6-7]。數字正射影像的數據處理需經過影像畸變糾正、空三加密、DEM編輯、單片糾正和鑲嵌勻色等步驟，影像生成正射影像圖流程見圖4。

圖4 無人機影像生成正射影像圖流程圖

單張影像無法全面展示測區(qū)情況，而利用無人機影像制作的正射影像圖，是將許多單張影像進行鑲嵌拼接而成的，不僅具有高清晰的視覺特征，更有高清度的幾何特征，具備可量測的特性。圖5為正射影像圖應用展示，根據正射影像中反應的實際情況，一共勾劃出3塊區(qū)域污染物的范圍，利用Arcgis軟件的統(tǒng)計分析功能，可以精確得到每一塊相應區(qū)域的面積。

圖5 正射影像圖應用展示圖

此外，在河湖岸線管理保護中，可按照河湖岸線管理保護規(guī)劃，在數字正射影像圖上劃定河湖管理保護權屬界線，并進行政府公告，為河長在嚴格管控河湖岸線等水生態(tài)空間提供法律依據?；跀底终溆跋竦目闪繙y特性，通過對違法占用水域、圍墾湖泊、采砂等范圍分析、對比、計算，為河長在解決河湖岸線亂占濫用、多占少用、占而不用等突出問題開展清理整治，為恢復河湖水域岸線生態(tài)功能和執(zhí)法監(jiān)管提供強有力的數據依據。

3.2.3 空中3 6 0°全景影像應用

空中全景航攝是指利用無人機對三維空間的影像進行完整拍攝，并通過專業(yè)軟件處理技術，可水平視角360°、垂直視角180°進行動態(tài)漫游瀏覽影像的攝影技術。空中360°全景影像具有真實感強、數據量小、交互性強等特點，并可通過Flash或HTML5的WEB端展示，支持VR虛擬現實，并可通過VR設備浸入式體驗。

利用空中全景影像，可以方便地放大、縮小、平移、切換場景，在分辨率允許的情況下可以便捷地查看場景細節(jié)等。對河湖排污口排污、水域污染區(qū)域、水面漂浮物、非法占用水域、圍墾湖泊、非法采砂等現象進行360°全景瀏覽，為河長分析、控制、整頓管轄范圍內有害河湖健康安全等行為提供全方位服務。圖6為空中360°全景影像圖。

圖6 空中360°全景影像圖

4 結 語

在當今河湖管理保護工作全面開展的大形勢下，利用各種先進技術和方法提升有效的管理，是目前研究的熱點。無人機遙感技術具有分辨率高、靈活機動、響應速度快，實時性強、不受地形地貌等區(qū)域環(huán)境影響等優(yōu)勢和特點。基于此，本文探討了無人機遙感技術在河長制下的具體應用，并結合上虞區(qū)河道管理，利用無人機航拍視頻以及數字正射影像，空中360°全景影像，不僅可以清晰地對河湖上的污染物進行迅速的判讀、面積計算，同時也可以達到對河岸線進行監(jiān)測等其他有效管理和治理的目的。無人機遙感技術是隨著遙感傳感器技術、通訊技術、GPS定位技術和計算機信息技術等不斷發(fā)展而發(fā)展起來的，因此，更大程度地發(fā)揮無人機遙感技術的特長，在更多方面助推河長制的實施，是今后研究的熱點和難點。

[1] 尹鵬飛，尹球，陳興峰，等．無人機航空遙感技術在震后災情調查中的應用[J]．激光與光電子學進展，2010(11)：130 - 134．

[2] 韓文權，任幼蓉，趙少華．無人機遙感在應對地質災害中的主要應用[J].地理空間信息，2011(5)：6 - 8．

[3] 魯恒，李永樹，江禹．無人機影像數字處理及在地震災區(qū)中的應用[J]．西南交通大學學報(自然科學版)，2010，45(4)：533 - 538．

[4] 饒帥雄．利用UASMaster對無人機航空影像數據進行正射影像制作方法的研究[J]．測繪通報，2015(S0)：216 - 218．

[5] 張利劍．淺談正射影像圖的制作[J]．測繪與空間地理信息，2012，4(35)：193 - 194．

[6] 吳潔，陳曉嵐．數字正射影像圖在存量土地專項調查工作中的應用[J]．測繪與空間地理信息，2010，33(4)：203 - 205．

[7] 馬東嶺，崔健，丁寧．一種數字正射影像圖制作方法[J]．測繪科學，2013，38(4)：188 - 189．

（責任編輯 黃 超）

TP79

B

1008 - 701X(2017)04 - 0021 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.006

2017-02-13

林順海(1963 - )，男，高級工程師，大學本科，主要從事工程測量、變形監(jiān)測和測量質量管理工作。

E - mail：540879986@qq.com