無(wú)人機(jī)遙測(cè)在水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估中的應(yīng)用

巴麗敏

（松遼水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

無(wú)人機(jī)遙測(cè)在水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估中的應(yīng)用

巴麗敏

（松遼水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春130021）

本文從實(shí)踐出發(fā)，以技術(shù)評(píng)估單位實(shí)際工作效果為例，介紹無(wú)人機(jī)遙測(cè)技術(shù)手段在水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作中實(shí)際應(yīng)用情況。通過(guò)無(wú)人機(jī)遙測(cè)技術(shù)取得了詳實(shí)的水土保持?jǐn)?shù)據(jù)，為先進(jìn)技術(shù)手段應(yīng)用在水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作提供了實(shí)踐嘗試。

無(wú)人機(jī)；遙測(cè)技術(shù)；生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目；水土保持設(shè)施技術(shù)評(píng)估

水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估是在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施驗(yàn)收前，對(duì)項(xiàng)目水土保持工作進(jìn)行的一次綜合性評(píng)價(jià)，重點(diǎn)評(píng)估水土保持設(shè)施完成情況，主要包括水土保持方案批復(fù)（及相關(guān)設(shè)計(jì)文件）確定的水土保持工程措施、植物措施和臨時(shí)措施。傳統(tǒng)的評(píng)估工作在實(shí)踐中多采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查量測(cè)等方法，外業(yè)工作量大，工作周期較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)零散，整理工作量較大，尤其對(duì)于線性工程，易造成遺漏主體工程紅線以外的臨時(shí)占地及擾動(dòng)等情況的評(píng)估，導(dǎo)致水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作與目前科技社會(huì)、行業(yè)信息化等現(xiàn)象不協(xié)調(diào)。近年，無(wú)人機(jī)等先進(jìn)設(shè)備投入應(yīng)用于水土流失動(dòng)態(tài)調(diào)查、水土保持監(jiān)測(cè)、水土保持監(jiān)督管理等水土保持各項(xiàng)領(lǐng)域中，無(wú)人機(jī)設(shè)備結(jié)合遙測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提高水土保持工作精度和效率，減輕外業(yè)調(diào)查工作強(qiáng)度，已逐漸成為今后水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作的主要應(yīng)用手段和技術(shù)支撐。

1 傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)的水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作主要采取普查與重點(diǎn)抽查相結(jié)合的方法。在普查的基礎(chǔ)上，按照涵蓋水土保持方案設(shè)計(jì)的各種水土保持措施的原則，對(duì)重要單位工程全面進(jìn)行查勘、量測(cè)。

1）擾動(dòng)面積、治理面積等情況評(píng)估：根據(jù)設(shè)計(jì)資料，采取GPS等量測(cè)設(shè)備實(shí)地調(diào)查的方法，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)土地?cái)_動(dòng)面積、治理面積、水土流失面積變化等情況。

2）水土保持設(shè)施及保存情況：采取實(shí)地調(diào)查、測(cè)量與收集相關(guān)資料的方法，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目建設(shè)區(qū)內(nèi)水土保持工程、植物措施等，重點(diǎn)對(duì)實(shí)施數(shù)量及工程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

2 無(wú)人機(jī)遙測(cè)應(yīng)用技術(shù)評(píng)估中的優(yōu)點(diǎn)

無(wú)人機(jī)遙測(cè)設(shè)備攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，安全性較高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。飛行高度低，可拍攝高重疊率、高精度大比例尺影像，在局部信息快速獲取方面具有巨大優(yōu)勢(shì)。

線型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)估工程中運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)，具有成果直觀、可視范圍廣、獲取指標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、反應(yīng)速度快速等有點(diǎn)。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目驗(yàn)收及相關(guān)工作的需要，在后期處理工作中，可以有針對(duì)性的對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行指標(biāo)測(cè)量，利用第三方軟件可以實(shí)現(xiàn)防治責(zé)任范圍的設(shè)計(jì)值與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，并可以逐一復(fù)核水土保持監(jiān)理、水土保持監(jiān)測(cè)單位提供的數(shù)據(jù)，為水土保持設(shè)施驗(yàn)收六項(xiàng)指標(biāo)的確認(rèn)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

運(yùn)用無(wú)人機(jī)開展水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作，在專業(yè)技術(shù)軟件支持下，評(píng)估工作獲取的指標(biāo)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)、快速、專業(yè)精度高的處理結(jié)果，實(shí)現(xiàn)多張航拍影像的快速拼接、精確的正射影像和三維點(diǎn)云模型，可以作為水土保持設(shè)計(jì)驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作一項(xiàng)重要技術(shù)手段，適用于小范圍內(nèi)、高分辨率的遙測(cè)數(shù)據(jù)和影像資料的即時(shí)獲取，數(shù)據(jù)精度和直觀判斷均能滿足在水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估的需求。

3 無(wú)人機(jī)遙測(cè)技術(shù)

無(wú)人機(jī)遙測(cè)技術(shù),主要是利用先進(jìn)的無(wú)人駕駛飛行器和遙感傳感器設(shè)備，通過(guò)低空獲取地面影像數(shù)據(jù)，并結(jié)合遙感技術(shù)完成數(shù)據(jù)處理和模型建立。無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、智能化、精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已大范圍應(yīng)用在水土保持工作中，成為實(shí)際工作中主要的技術(shù)手段。工作流程：無(wú)人機(jī)航拍→航拍數(shù)據(jù)處理→GIS數(shù)字化→制作視頻專題圖。

3.1 獲取影像資料

在實(shí)地踏勘的過(guò)程中，設(shè)計(jì)飛行航跡，通過(guò)低空飛行獲取航拍影像資料，并利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行精度提升。通過(guò)影像拼接軟件將航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，生成正射影像圖、DSM、三維點(diǎn)云等數(shù)據(jù)。

3.2 矢量化遙測(cè)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)處理是指將無(wú)人機(jī)航拍的對(duì)地低空遙感序列圖像通過(guò)高性能工作站及計(jì)算機(jī)進(jìn)行影像的拼接及合成，得到正射影像、DSM地表高程模型、三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)等，并最終通過(guò)ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件進(jìn)行解譯、測(cè)繪及數(shù)據(jù)入庫(kù)等工作。

1）正射影像圖

格式：GeoTIFF（.tif.tfw.prj）；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

分辨精度：5～15 cm；

波段：Red，Green，Blue；

功能：依據(jù)航拍圖像生成的正射影像圖。應(yīng)覆蓋“無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)評(píng)估項(xiàng)目”所要求的區(qū)域范圍。

2）DSM數(shù)字地表模型

格式：GeoTIFF（.tif.tfw.prj）；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

分辨精度：5～15 cm；

類型：數(shù)字表面高程；

功能：體現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目所在區(qū)域地形的數(shù)字地表模型，對(duì)地形坡度坡向進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，確認(rèn)取棄土場(chǎng)開挖、堆土高度等，通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算棄土場(chǎng)占地面積、土石方量。

3）三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)

格式：las；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

功能：建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域航拍三維點(diǎn)云，反映當(dāng)前項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際情況的三維信息。

3.3 指標(biāo)信息獲取

針對(duì)正射影像和DSM數(shù)據(jù)可獲取目標(biāo)的長(zhǎng)度、面積、體積等信息以及進(jìn)行影像解譯分析。

1）設(shè)計(jì)圖圖層

格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

類型：線狀要素；

來(lái)源及功能：將設(shè)計(jì)單位提供的CAD設(shè)計(jì)圖紙（施工圖或竣工圖）轉(zhuǎn)換成shape格式并進(jìn)行空間矯正，能夠與正射影像圖疊加進(jìn)行比較，確定水土流失防止責(zé)任范圍，是否涉及重大變更。

2）區(qū)域劃分圖層

格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

字段設(shè)置：見表1；

來(lái)源及功能：以正射影像圖為基礎(chǔ)解譯獲得。對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目防治責(zé)任范圍內(nèi)的各防治分區(qū)，以及以往重點(diǎn)檢查過(guò)的產(chǎn)生水土流失問(wèn)題的重點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)行矢量化標(biāo)注，制定矢量化圖層。

3）硬化面積圖層

格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

字段設(shè)置：見表1；

來(lái)源及功能：以正射影像圖為基礎(chǔ)解譯獲得，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目所涉及的硬化面積進(jìn)行矢量化標(biāo)注，在數(shù)據(jù)庫(kù)中要記錄建筑物名稱、道路名稱、硬化類型等信息，查勘施工臨建設(shè)施是否拆除，確認(rèn)土地整治工程、斜坡防護(hù)工程、防洪排導(dǎo)工程、降水蓄滲工程、防風(fēng)固沙工程等措施落實(shí)情況，通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算各項(xiàng)措施實(shí)施工程量，計(jì)算擾動(dòng)土地整治率、水土流失總治理度、攔渣率等指標(biāo)。

4）綠化面積圖層

格式：shape（.shp.prj.dbf.sbx）；

坐標(biāo)系：WGS1984大地坐標(biāo)系；

字段設(shè)置：見表1；

表1 字段設(shè)置表

來(lái)源及功能：以正射影像圖為基礎(chǔ)解譯獲得，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目綠化覆蓋的部分利用矢量化圖斑進(jìn)行標(biāo)識(shí)，通過(guò)顏色進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別綠化覆蓋區(qū)域，確認(rèn)水土保持植物措施工程量和實(shí)施效果，通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算項(xiàng)目區(qū)各防治分區(qū)的林草覆蓋率和林草植被恢復(fù)率等指標(biāo)。

4 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目評(píng)估應(yīng)用效果

無(wú)人機(jī)應(yīng)用可以解決無(wú)法全線調(diào)查、視線視角限制等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)快速獲取高精度正射影像和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)相關(guān)指標(biāo)量化復(fù)核，實(shí)現(xiàn)快速、全面評(píng)估效果。

表2 現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估情況表（部分）

本文以某公路建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作為例，具體評(píng)估指標(biāo)及區(qū)域見表2。

從上述評(píng)估成果可以看出，在大中型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作中，運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙測(cè)系統(tǒng)可對(duì)航測(cè)成果數(shù)據(jù)開展測(cè)量工作，為水土保持六項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)算提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。同時(shí)，可為水保方案落實(shí)情況復(fù)核取證，全面掌控各區(qū)水土保持措施實(shí)施情況，評(píng)估效果良好，為驗(yàn)收奠定基礎(chǔ)。

［1］陳曉玉，巴麗敏.淺談無(wú)人機(jī)遙測(cè)在水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估工作中的應(yīng)用，中國(guó)水土保持監(jiān)督專業(yè)委員會(huì)第九次會(huì)議暨學(xué)術(shù)研討會(huì)，2015.

［2］松遼水利委員會(huì)松遼流域水土保持監(jiān)測(cè)中心站.無(wú)人機(jī)遙測(cè)技術(shù)在水土保持監(jiān)管中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水土保持，2015（9）：73—76.

［3］楊愷.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.陜西水利，2013（4）：145—146.

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1002—0624（2017）10—0028—02

2017-01-16