航空攝影及遙感技術(shù)在移民監(jiān)督評估中的應(yīng)用

王國強，于晉軻

（1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京100120；2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南鄭州450003）

隨著大規(guī)模水利水電工程的建設(shè)，移民工程的發(fā)展進(jìn)入了新時代，它是一項龐大的系統(tǒng)工程，也是水利水電工程建設(shè)的重要組成部分。移民監(jiān)督評估單位作為獨立的第三方機構(gòu)，在建設(shè)征地移民安置實施過程中對工程整體的建設(shè)控制起到了關(guān)鍵作用。

傳統(tǒng)的移民監(jiān)督評估工作往往基于定點與巡回相結(jié)合的方式，采用走訪座談、檢查核查、抽樣調(diào)查、統(tǒng)計分析、查閱資料、實際測量等方法，對建設(shè)征地和移民安置的實施情況進(jìn)行檢查和評價。同時，行業(yè)內(nèi)相關(guān)單位都在積極探索并建設(shè)符合自身業(yè)務(wù)需求的信息化系統(tǒng)。但是，目前部分信息化系統(tǒng)存在效率低下、新技術(shù)應(yīng)用滯后等問題，尤其是在工程進(jìn)度控制方面。隨著移民工作要求不斷提高，傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)已很難滿足當(dāng)前的工作需要。近年來航空攝影及遙感技術(shù)發(fā)展迅速，已在多行業(yè)、多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為此，針對現(xiàn)階段移民監(jiān)督評估工作的實際情況和存在的問題，本文提出將航空攝影及遙感技術(shù)應(yīng)用于移民監(jiān)督評估工作的技術(shù)解決方案，以期解決相關(guān)問題。

1 移民監(jiān)督評估的主要工作內(nèi)容

在實施過程中，移民監(jiān)督評估單位要能夠?qū)τ媱澋囊泼癜仓眠M(jìn)度、投資、質(zhì)量、安全及移民生產(chǎn)生活水平進(jìn)行監(jiān)督評估，盡早發(fā)現(xiàn)實施項目中存在的問題，減少失誤，獨立、公正地協(xié)調(diào)好各方關(guān)系，促進(jìn)移民安置項目順利實施。

（1）對征地移民各類項目的進(jìn)度管理，主要工作任務(wù)是監(jiān)督檢查移民安置實施項目是否嚴(yán)格按照下達(dá)的計劃要求開展工作，其中建設(shè)征地征收進(jìn)度和安置點建設(shè)進(jìn)度是重點控制的兩項內(nèi)容。當(dāng)實施進(jìn)度未能按照預(yù)定計劃完成時，應(yīng)對滯后情況提出監(jiān)督評估意見，及時報告業(yè)主委托方并研究提出整改建議，同時參與和協(xié)調(diào)解決實施中出現(xiàn)的問題，做到移民安置實施按擬定目標(biāo)計劃進(jìn)行，尤其對移民安置點的建設(shè)、征地拆遷及專業(yè)項目的建設(shè)等制約工程建設(shè)進(jìn)度關(guān)鍵項目的建設(shè)進(jìn)度，應(yīng)做到實時監(jiān)測，掌握第一手資料，評估項目實施進(jìn)度，做好進(jìn)度控制。

（2）對移民局等資金實施單位資金兌付使用情況的跟蹤檢查，分月度、季度和年度對各單項移民項目資金使用情況編制監(jiān)督評估報告。當(dāng)實施單位報送的資金報表與計劃投資情況不相符時，提出監(jiān)督評估意見并形成報告上報于業(yè)主方，最終協(xié)助各方完成移民安置每階段資金統(tǒng)計報表，確保知悉每部分資金的出處，做到有理有據(jù)。

（3）質(zhì)量監(jiān)督控制包括對實施單位提供的征地移民實施量進(jìn)行監(jiān)督、移民工程建設(shè)實施及移民生產(chǎn)生活水平質(zhì)量控制和各項驗收工作質(zhì)量控制等。以批復(fù)的初設(shè)及實施規(guī)劃報告文件等為依據(jù)，跟蹤各項工程實施情況，抽樣或旁站進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，則應(yīng)隨時拍照或錄像記錄，提出意見，及時報告業(yè)主委托方。

（4）移民搬遷前后生產(chǎn)、生活、收入、就業(yè)等水平的比較分析是工程建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，關(guān)乎到水利工程建設(shè)的聲譽，應(yīng)對搬遷后的移民生產(chǎn)、生活條件進(jìn)行抽樣監(jiān)測跟蹤，多因素客觀分析評估搬遷后移民的實際生活情況，對移民搬遷后存在的問題及時提出建議并總結(jié)上報。

2 航空攝影及遙感技術(shù)

航空攝影及遙感技術(shù)是測繪領(lǐng)域近些年獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為常用的一項技術(shù)，它將多臺高分辨率相機和各類傳感器搭載在飛行平臺上（一般為旋翼或固定翼無人機），通過動態(tài)調(diào)整無人機飛行高度、飛行姿態(tài)等，實現(xiàn)不同視角動態(tài)采集監(jiān)測對象表面模型數(shù)據(jù)及其他非RGB波段的信息。

對于移民實施過程中建設(shè)征地、庫底清理和專業(yè)項目建設(shè)3種場景，主要是利用無人機影像進(jìn)行地物的分割、分類和識別，一種是利用光譜信息計算地物指數(shù)構(gòu)建分類特征，結(jié)合人工解譯方法實現(xiàn)地表區(qū)域的識別；二是采用圖像增強和紋理濾波的方法，挖掘影像結(jié)構(gòu)和紋理等信息，對各類地表地物進(jìn)行識別[1]。本文利用航空攝影及遙感技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù)目前只有紅、綠、藍(lán)3種波段的可見光影像，需要借助RGB色彩信息并結(jié)合紋理濾波和色彩增強技術(shù)，首先進(jìn)行影像分割（分割大小可自由設(shè)置，分割越小數(shù)據(jù)量越大），然后人工篩選確定分類特征并建立樣本，進(jìn)而使用機器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行樣本訓(xùn)練和優(yōu)化，最終獲得分類后的影像結(jié)果。分割后的土地圖斑在高分影像上的光譜特征比較豐富，在基于深度學(xué)習(xí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機進(jìn)行影像分類時，加入影像的形狀、陰影、紋理空間特征以及亮度、色調(diào)等影像波譜信息，可形成非線性模型映射的多元異構(gòu)層的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。

影像的異構(gòu)性F包含了波譜信息和空間特征兩方面，其計算公式為

式中：g（0≤g≤1）為波譜特征異構(gòu)性的權(quán)值；x為波譜特征異構(gòu)性；y為空間特征異構(gòu)性。

x、y的計算公式分別為

式中：ρi為第i影像層的權(quán)值；σi為第i影像層光譜值的標(biāo)準(zhǔn)差；w（0≤w≤1）為影像整體的緊密度所占權(quán)值；u為影像整體的緊密度；v為影像圖斑邊界的拓?fù)浜侠頊?zhǔn)確度。

u、v的計算公式分別為

式中：E為影像圖斑邊界的實際長度；N為影像的像元總數(shù)；L為影像圖斑的邊界總長度。

對于安置點建設(shè)進(jìn)度監(jiān)管，利用無人機搭載高清攝像平臺采集原始影像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括GNSS位置信息、相機角度修正信息、多角度綜合記錄信息等，當(dāng)原始數(shù)據(jù)采集后，利用相機參數(shù)、航片、GNSS信息等一一對應(yīng)的關(guān)系建立航片之間的關(guān)系，然后利用Skyline Photomesh軟件對其進(jìn)行處理，由航片拼接—關(guān)鍵點—空中三角測量加密—白模制作—紋理貼圖—最終導(dǎo)出結(jié)果的步驟得到可使用的基礎(chǔ)傾斜三維實景模型，區(qū)域整體三維建模方法見圖1。

圖1 區(qū)域整體三維建模方法

3 動態(tài)監(jiān)管的應(yīng)用

航空攝影及遙感技術(shù)在移民監(jiān)督評估中的應(yīng)用集中體現(xiàn)在對移民項目實施進(jìn)度控制，首先根據(jù)各場景需求獲取航空攝影圖像、遙感衛(wèi)片及其他輔助資料，然后對各待監(jiān)測分析的對象進(jìn)行單獨分析。以技施階段安置點的施工圖設(shè)計成果為例，利用相關(guān)技術(shù)對相關(guān)設(shè)計成果進(jìn)行建模；對征地范圍內(nèi)的不同地類、植被、構(gòu)（建）筑物以及專業(yè)項目實施中不同材料的遙感波段特性進(jìn)行分析統(tǒng)計判斷，進(jìn)而得到待監(jiān)測對象的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對各場景的監(jiān)管應(yīng)用。

3.1 建設(shè)征地及庫底清理進(jìn)度控制

以建設(shè)征地處理范圍內(nèi)的不同地類、植被、構(gòu)（建）筑物的波段分析成果為基礎(chǔ)，通過航空攝影及遙感，利用建設(shè)征地處理范圍內(nèi)不同監(jiān)測對象的波段顯示差異，檢查每個征地區(qū)域邊界，自動分析征地拆遷及庫底清理的實施進(jìn)度，并根據(jù)分析成果統(tǒng)計實施面積，實現(xiàn)建設(shè)征地拆遷、清表及庫底清理的動態(tài)進(jìn)度監(jiān)測。

此外，對設(shè)計提供的農(nóng)村實物調(diào)查成果進(jìn)行內(nèi)外業(yè)質(zhì)量檢查也是移民監(jiān)督評估的工作之一，必須對提交的成果進(jìn)行質(zhì)量檢查、圖斑屬性一致性檢查、圖斑邊界檢查和屬性正確性檢查，確保農(nóng)村實物調(diào)查成果的真實性和準(zhǔn)確性。該項檢查可以把航飛影像和遙感影像作為底圖，通過影像的自動解譯判斷分析，分類得到建設(shè)征地處理范圍內(nèi)所有地物的范圍及屬性，進(jìn)而與提交成果進(jìn)行比較分析，從而完成對成果的檢查判斷，檢查判斷實例見圖2。

圖2 影像解譯成果與提交成果對比

3.2 安置點建設(shè)進(jìn)度控制

基于傾斜攝影測量技術(shù)，以建立的安置點建筑物表面模型為基礎(chǔ)，在實施過程中對不同時段的安置點建設(shè)現(xiàn)場進(jìn)行航空攝影測量，獲取豐富的影像數(shù)據(jù)，并利用三維輕量化建模處理技術(shù)生成傾斜三維實景模型體。將CAD設(shè)計圖紙或GIS圖與傾斜三維模型進(jìn)行三維空間體的疊加分析，對每個建筑物進(jìn)行剝離形成單體；當(dāng)確定單個單體后，獲取單體表面的所有三維點坐標(biāo)信息，分析大量點的坐標(biāo)信息并計算建筑物模型單體的面積及高度等屬性信息，比對水平面與建筑物當(dāng)前建設(shè)高程，從而判斷不同時期的安置點單體建設(shè)進(jìn)度情況，最終獲取整體的建設(shè)情況，自動判別生成進(jìn)度報表文檔，最終實現(xiàn)對安置點建設(shè)進(jìn)度的動態(tài)監(jiān)測與監(jiān)管。安置點建設(shè)進(jìn)度的雙屏對比效果見圖3。

圖3 不同日期安置點建設(shè)進(jìn)度判斷比較

3.3 專業(yè)項目建設(shè)進(jìn)度控制

專業(yè)項目中的道路及橋梁類工程進(jìn)度智慧監(jiān)管主要基于二維航飛或遙感影像數(shù)據(jù)，采用計算機視覺技術(shù)和機器學(xué)習(xí)算法對影像進(jìn)行自動分割提取，判斷各個影像分割塊的狀態(tài)，進(jìn)而得出整個施工路段的施工狀態(tài)。以專業(yè)項目中的道路類工程為例，在道路施工過程中，通過無人機對整個工程區(qū)進(jìn)行航飛來獲取二維影像圖，基于道路建設(shè)工序（路基—水穩(wěn)層—路面）以及不同工序中施工材料的波段特性不同，利用影像解譯處理手段提取影像專題要素，自動分析建設(shè)工序階段及進(jìn)度，分辨出當(dāng)前道路所屬施工階段，并分析統(tǒng)計各階段建設(shè)長度及施工工程量，實現(xiàn)道路類移民工程的進(jìn)度動態(tài)監(jiān)測，見圖4（圖4中紅色部分為泥質(zhì)砂礫路段，還未建設(shè)完成，綠色部分為已鋪設(shè)柏油路段）。

圖4 道路類移民工程施工進(jìn)度判斷

4 結(jié) 語

征地移民安置問題作為水利水電工程建設(shè)中最主要的問題之一，其實施進(jìn)度及推進(jìn)程度直接影響著控制水位選擇、項目投資規(guī)模、建設(shè)周期等，有時甚至可能制約工程立項。移民監(jiān)督評估單位作為項目業(yè)主的技術(shù)服務(wù)單位，必須積極主動地采用新技術(shù)、新手段，以便更好地履行自己的職責(zé)和責(zé)任。充分發(fā)揮信息化的作用，跨學(xué)科結(jié)合應(yīng)用相關(guān)專業(yè)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型算法，將這些先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于移民監(jiān)督評估工作中，不僅響應(yīng)了2018年在山東東平召開的全國水庫移民工作會議關(guān)于加強信息化建設(shè)和統(tǒng)計工作的要求，還可以大幅提高監(jiān)督評估工作質(zhì)量，進(jìn)一步保障水利水電工程移民安置工作的順利進(jìn)行，全面提高監(jiān)督評估工作服務(wù)質(zhì)量。

目前利用本文所述的相關(guān)技術(shù)開發(fā)的移民管理信息云平臺已在水利部172項節(jié)水供水重大水利工程部分項目中開展應(yīng)用，涉及華北、華南、西南等區(qū)域的不同項目，得到了項目業(yè)主的廣泛好評。