基于政府、鄉(xiāng)村和無人機(jī)巡檢公司三方聯(lián)動(dòng)河道治理模式的設(shè)計(jì)*

肖昌亮 ， 阮汝泓

（浙江樹人大學(xué)，浙江 杭州 310000）

在治理河道方面，相對于傳統(tǒng)的行人、行車或行船測量技術(shù)，無人機(jī)在水資源保護(hù)、水域岸線管理、水污染防治、水環(huán)境治理等方面的應(yīng)用越來越廣泛，并在侵占河道、違規(guī)捕魚、圍墾湖泊、超標(biāo)排污、非法采砂、破壞航道、非法捕撈等突出問題上發(fā)揮著重要的作用。無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用不僅大量節(jié)省了監(jiān)管的時(shí)間成本、人工成本，監(jiān)測效果也更加全面高效。但是就目前無人機(jī)在河道監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)用情況來看，由于采用手動(dòng)起飛、采集圖像、事后處理、人工標(biāo)注的基本流程，其存在監(jiān)測效率較低、自動(dòng)化程度不高、可推廣性不強(qiáng)等問題。為了促進(jìn)無人機(jī)在河道監(jiān)測領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用，提升無人機(jī)巡檢的工作效率，本研究對當(dāng)前鄉(xiāng)村河道治理的眾多問題進(jìn)行深入的調(diào)研與分析，探析基于高效率的河道治理新模式，并結(jié)合團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)處理能力和對無人機(jī)自動(dòng)巡檢河道技術(shù)的充分了解，提出基于政府、鄉(xiāng)村和無人機(jī)巡檢公司三方聯(lián)動(dòng)治理模式的設(shè)計(jì)。

1 市場調(diào)研現(xiàn)狀

為實(shí)地探尋農(nóng)村河道管護(hù)情況，了解地方政府的河道管控政策，以及目前無人機(jī)巡檢技術(shù)在河道巡檢中的應(yīng)用情況，項(xiàng)目小組通過桌面研究和實(shí)地走訪等形式開展調(diào)研活動(dòng)。首先通過網(wǎng)絡(luò)收集各類相關(guān)信息，對農(nóng)村河道管護(hù)問題、河道監(jiān)管方式以及無人機(jī)巡航技術(shù)等進(jìn)行桌面研究，做到心中有數(shù)。然后實(shí)地走訪了以“三橋四水”著稱的紹興市柯橋區(qū)及其所轄部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，了解當(dāng)?shù)氐暮拥狼闆r、地方政府的河道監(jiān)管措施，并通過實(shí)地考察、問卷調(diào)查、訪談交流等形式，完成本次調(diào)研工作，深化了桌面研究結(jié)果。最后，通過無人機(jī)技術(shù)的桌面研究，以及與無人機(jī)制造企業(yè)的溝通與合作，探尋可行的無人機(jī)河道巡航數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)與實(shí)施方案。

1.1 河道巡檢方式對比分析

全自動(dòng)無人機(jī)巡檢，通過全自動(dòng)飛行系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)24 h待命獲取低空數(shù)據(jù)，對基礎(chǔ)設(shè)施執(zhí)行完全自主的監(jiān)測、安全和應(yīng)急響應(yīng)任務(wù)，提升效率的同時(shí)最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)和成本。為監(jiān)控中心提供實(shí)時(shí)高清視頻，自動(dòng)識(shí)別異常目標(biāo)，并生成任務(wù)監(jiān)測報(bào)告。

從表1可以看出，全自動(dòng)無人機(jī)的巡檢速率最高，與人工飛無人機(jī)巡檢相比，解決了需要飛手操控的成本問題，同時(shí)避免了無人機(jī)炸機(jī)、失聯(lián)等問題；與巡邏船巡檢相比，巡檢速率更高，無需人為操作，而且可以通過對無人機(jī)的遠(yuǎn)程操控，離開水域范圍進(jìn)行河道問題的溯源排查與跟蹤。

表1 三種巡檢方式對比

1.2 鄉(xiāng)村河道現(xiàn)狀

柯橋區(qū)有村級河道600多條，分布廣泛，支流眾多，情況復(fù)雜多樣。項(xiàng)目小組對紹興市柯橋區(qū)部分鄉(xiāng)村進(jìn)行實(shí)地走訪調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)柯橋鄉(xiāng)村的河道情況由大量中小型河流支流及眾多的人工渠道和排溝組成。河道主要存在以下幾方面的問題。

1）防洪能力不足，雨季存在安全隱患。由于不科學(xué)的城鎮(zhèn)開發(fā)、鄉(xiāng)村道路建設(shè)、經(jīng)濟(jì)作物擴(kuò)種等因素導(dǎo)致柯橋區(qū)的部分河道變窄。同時(shí)，維修經(jīng)費(fèi)有限，部分河岸坍塌、河道淤積造成河道行洪標(biāo)準(zhǔn)偏低等問題，使得柯橋區(qū)河道存在一定的防洪安全隱患。

2）河道附近印染企業(yè)需要實(shí)時(shí)監(jiān)督?？聵騾^(qū)城鄉(xiāng)河道附近印染企業(yè)較多，存在小型分散的工業(yè)廢水無序排入河道的問題。為防止不良企業(yè)對廢水偷排偷放，印染排污是河橋河道巡查的重要工作。

3）垃圾亂堆亂放，水體污染及生態(tài)退化現(xiàn)象依然存在[1]。在農(nóng)村一些地方，生活污水無序排入河道，連同河道周邊的棄置垃圾，使得農(nóng)業(yè)污染不斷加重，河流污染物總量增多。柯橋區(qū)屬于平原地區(qū)，其地勢低洼平坦，水體流動(dòng)性差，許多河道污染物突出，存在富營養(yǎng)化狀況。因污染物的持續(xù)增加和水體流動(dòng)性差，而水體自凈能力又有限等原因，柯橋區(qū)部分水域水體污染及生態(tài)退化現(xiàn)象依然存在。局部水域自然環(huán)境遭到毀壞，沿河居民的生產(chǎn)生活用水來源無法得到保障，人居生活環(huán)保質(zhì)量低下。在浙江省“五水共治”的背景下，城鎮(zhèn)河道雖然得到了有效治理，但農(nóng)村河道缺乏高效的治理手段和管護(hù)措施，功能衰退和環(huán)境惡化的狀況較嚴(yán)重，亟待開展綜合整治。

1.3 鄉(xiāng)村地區(qū)治理現(xiàn)狀

1）河道綜合治理規(guī)劃不夠。從走訪調(diào)研情況來看，許多鄉(xiāng)村河流缺乏系統(tǒng)的綜合治理規(guī)劃。一些現(xiàn)有的水利工程計(jì)劃和城鄉(xiāng)河道綜合治理計(jì)劃，雖然包含一些鄉(xiāng)村地區(qū)河流綜合治理的規(guī)劃，但對水環(huán)境、生態(tài)建設(shè)綜合治理缺乏具體的目標(biāo)導(dǎo)向和實(shí)用的綜合治理措施，治理效果不明顯。

2）資金投入有限。河道治理需要從源頭抓起，需要從源頭解決污染源、對現(xiàn)有污染問題進(jìn)行處理，并做好河道的日常監(jiān)管工作。但由于治理資金的投入有限，村莊河道水質(zhì)整改落后。

3）河道管護(hù)機(jī)制不健全。農(nóng)村河道管護(hù)主體在基層，但由于農(nóng)村相鄰河道地域面積廣，村落分布零散，大多數(shù)地方管護(hù)機(jī)制不健全，鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利管理人員少，力量薄弱，管理經(jīng)費(fèi)不足，且河道治理涉及部門較多，互相之間的溝通不便，導(dǎo)致工作落實(shí)不到位，對于企業(yè)排污、生活垃圾棄置等問題不能監(jiān)管到位，無法根治河道環(huán)境問題。

2 三方聯(lián)動(dòng)的需求分析

2.1 政府生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃與監(jiān)管的需求

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的不斷深入，廣大農(nóng)民的生產(chǎn)和生活水平不斷提高，對鄉(xiāng)村河流治理的需求也越來越強(qiáng)烈。國家“十四五”規(guī)劃綱要要求“十四五”時(shí)期生態(tài)文明建設(shè)實(shí)現(xiàn)新進(jìn)步。鄉(xiāng)村振興是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的重要手段，滿足產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風(fēng)文明、治理有效、生活富裕的發(fā)展總目標(biāo)[2]，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的環(huán)法規(guī)〔2021〕107號(hào)文件指出，“面對新形勢新任務(wù)，全國生態(tài)環(huán)境部門應(yīng)當(dāng)提升用最嚴(yán)格制度最嚴(yán)密法治保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識(shí)和能力，推動(dòng)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域依法行政，深入推進(jìn)依法治污。”針對農(nóng)村地域面積廣、農(nóng)村人口分布零散、河道監(jiān)管資金有限、河道監(jiān)控能力薄弱等問題，需要通過新技術(shù)、新機(jī)制、新模式以提升農(nóng)村河道的污染防治與監(jiān)管能力。鄉(xiāng)村振興要堅(jiān)持人人盡責(zé)、人人享有，按照抓重點(diǎn)、補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)的要求，圍繞農(nóng)民群眾最關(guān)心、最直接、最現(xiàn)實(shí)的利益問題，把鄉(xiāng)村建設(shè)成為幸福美麗新家園[3]。

2.2 鄉(xiāng)村管護(hù)機(jī)制與成本的需求

一方面，鄉(xiāng)村河流沒有科學(xué)的管理制度，使得鄉(xiāng)村河流逐漸遭到?jīng)_刷、阻塞，甚至河道水體遭到嚴(yán)重污染。包括沿河的工業(yè)企業(yè)隨意設(shè)有排污口，生產(chǎn)廢水未經(jīng)管理直接進(jìn)入河道，非法捕撈活動(dòng)時(shí)有出現(xiàn)，但不能有效發(fā)現(xiàn)和遏制。同時(shí)鄉(xiāng)村的河道數(shù)量眾多，分布廣泛，支流道窄且密集，治理難度高、需求大，往往需要大量人力、物力的投入。同時(shí)，治理河道是一個(gè)漫長且持續(xù)的過程，長期的人力、物力投入將消耗大量經(jīng)費(fèi)，鄉(xiāng)村河道治理工作開展亟需一種低成本而高效的治理方式。因此，部分鄉(xiāng)村河道的管理層會(huì)陷入“心有余而力不足”的境地。另一方面，河道治理與政府的鏈接會(huì)涉及水利、環(huán)保、規(guī)劃、園林、市政、建管等多個(gè)部門。因此，項(xiàng)目組將在實(shí)地調(diào)研后，幫助鄉(xiāng)村引進(jìn)無人機(jī)巡檢技術(shù)，使用全自動(dòng)無人機(jī)的巡檢方式，代替耗費(fèi)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的人力巡查或船只巡檢。全自動(dòng)化無人機(jī)能夠?qū)χ付ê佣芜M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)河道存在的問題，平臺(tái)同時(shí)將數(shù)據(jù)整合給政府各個(gè)部門，并幫助鄉(xiāng)村與政府形成鏈接且開展河道治理工作。

2.3 無人機(jī)全自動(dòng)巡航企業(yè)的需求

無人機(jī)全自動(dòng)巡航企業(yè)致力于無人機(jī)巡航系統(tǒng)的開發(fā)。相關(guān)企業(yè)擁有成熟的全自動(dòng)飛行無人機(jī)巡查技術(shù)。為了提升河道巡查的效率與質(zhì)量，經(jīng)過多方考量，選用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的無人機(jī)河道巡查系統(tǒng)，驗(yàn)證其河道巡查效果。進(jìn)行了無人機(jī)河道巡查實(shí)驗(yàn)，通過地面站、圖像處理技術(shù)、無人機(jī)等設(shè)備與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取河道信息，及時(shí)展現(xiàn)河道的污染情況，監(jiān)測中心從而可制定合理的水污染治理措施[4]。但由于無人機(jī)目前受到國家可飛行范圍要求和某些特殊地理環(huán)境的限制，同時(shí)，可采集的信息變量要素和數(shù)據(jù)質(zhì)量還有很大的提升空間，因此還需深入研究更適合河道巡查的無人機(jī)巡查系統(tǒng)，不斷完善無人機(jī)巡查系統(tǒng)，為環(huán)境治理工作提供更加先進(jìn)的技術(shù)[5]。

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的路徑

本設(shè)計(jì)致力于通過無人機(jī)巡航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村河道的數(shù)字化管護(hù)與治理效果的實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能。

1）先從政府獲取河道相關(guān)數(shù)據(jù)，再以村為單位對河道進(jìn)行實(shí)地考察觀測，將得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)整理分類，打造概念模型和河道地圖數(shù)據(jù)模型，然后制作無人機(jī)巡檢方案，并將方案提供給無人機(jī)全自動(dòng)巡檢公司。待無人機(jī)巡檢結(jié)束后，將無人機(jī)巡檢數(shù)據(jù)、政府?dāng)?shù)據(jù)、實(shí)地考察數(shù)據(jù)整合歸納，最后將整合后的數(shù)據(jù)通過平臺(tái)提交給政府并協(xié)助政府治理河道。

2）本設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐能力、數(shù)據(jù)處理能力以及對于無人機(jī)自動(dòng)巡檢河道技術(shù)的研究能力，并與已有成熟無人機(jī)檢測技術(shù)的公司合作，為企業(yè)和政府提供有效數(shù)據(jù)，一同合作展開對河道的治理。

3）本設(shè)計(jì)從柯橋區(qū)錢清街道的河道治理防控需求出發(fā)，旨在改善柯橋區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域的水環(huán)境。未來將擴(kuò)大范圍，對紹興各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水域逐步開展可行性調(diào)研以及數(shù)據(jù)采集與分析工作。同時(shí)，本研究所建立的無人機(jī)檢測系統(tǒng)數(shù)字平臺(tái)，也可以幫助政府機(jī)關(guān)實(shí)時(shí)看到各項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)和治理任務(wù)進(jìn)展[6]。

4）本設(shè)計(jì)將當(dāng)?shù)卣⑧l(xiāng)村以及無人機(jī)巡檢公司三方緊密聯(lián)系起來，搭建一個(gè)聯(lián)系三方的合作平臺(tái)，為當(dāng)?shù)卣鷳B(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)劃與監(jiān)管、鄉(xiāng)村河道養(yǎng)護(hù)提供一套系統(tǒng)的解決方法，可以提升農(nóng)村河道巡檢的效率，降低巡檢人力成本，提高政府的監(jiān)管和治理效率。與無人機(jī)巡航系統(tǒng)技術(shù)企業(yè)的合作，幫助企業(yè)獲得一手的河道基礎(chǔ)資料，并為建立更符合地方特色的無人機(jī)河道巡檢系統(tǒng)提供參考。在實(shí)現(xiàn)對河道的治理和對環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，達(dá)到了多方共贏[7]。

5）本設(shè)計(jì)以團(tuán)隊(duì)為核心，實(shí)現(xiàn)政府、鄉(xiāng)村、無人機(jī)巡檢公司三方聯(lián)動(dòng)的路徑。三方聯(lián)動(dòng)治理模式設(shè)計(jì)圖如圖1所示，具體說明如下。

圖1 三方聯(lián)動(dòng)治理模式設(shè)計(jì)圖

第一步：團(tuán)隊(duì)同政府合作，獲取有關(guān)河流域長、所屬流域、斷面?zhèn)€數(shù)、河流總長、河岸線高度、水域面積、水域容積、水域功能、使用情況、污染程度等相關(guān)數(shù)據(jù)。

第二步：以村為單位開展子項(xiàng)目，運(yùn)用各種AI識(shí)別技術(shù)、光譜儀、紅外檢測器等手段對目標(biāo)村落進(jìn)行實(shí)地考察，收集水域數(shù)據(jù)。

第三步：團(tuán)隊(duì)利用政府提供的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和數(shù)據(jù)處理，打造概念模型和河道地圖數(shù)據(jù)模型，得出有效數(shù)據(jù)，并結(jié)合實(shí)地考察數(shù)據(jù)，根據(jù)考察結(jié)果確定紅外范圍，將村級分布圖像與河道圖像拼接為一個(gè)圖像，劃定無人機(jī)巡檢路線與單次行駛的起點(diǎn)和紅外感應(yīng)范圍，以此提供巡檢方案。

第四步：將巡檢方案通過平臺(tái)提供給擁有成熟無人機(jī)自動(dòng)巡檢技術(shù)的公司，根據(jù)巡檢路線與紅外感應(yīng)范圍對河流進(jìn)行定向巡檢。

第五步：對前期團(tuán)隊(duì)實(shí)地考察獲得的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和無人機(jī)公司檢測到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，將最終發(fā)現(xiàn)的問題通過平臺(tái)提交給政府，協(xié)助政府相關(guān)部門進(jìn)行河道治理。

第六步：同時(shí)團(tuán)隊(duì)將會(huì)對已經(jīng)治理完成的項(xiàng)目進(jìn)行定期考察，不斷根據(jù)環(huán)境變化完善巡檢方案，運(yùn)用無人機(jī)對河流漂浮物、非法用火、非法捕魚等情況進(jìn)行定期巡檢。

第七步：團(tuán)隊(duì)會(huì)為多水域地區(qū)的鄉(xiāng)村提供建設(shè)特色服務(wù)的想法，打造宜居宜旅的美麗鄉(xiāng)村。團(tuán)隊(duì)將拍攝并記錄環(huán)境治理前后的變化和治理過程，將拍攝內(nèi)容剪輯后放到各大平臺(tái)從而達(dá)到宣傳目的，以此推動(dòng)當(dāng)?shù)匚穆卯a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

第八步：團(tuán)隊(duì)與無人機(jī)巡檢公司開展了密切的技術(shù)合作，結(jié)合實(shí)地考察獲得的數(shù)據(jù)和云端控制系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)在平臺(tái)建立數(shù)據(jù)庫，不斷根據(jù)環(huán)境的變化完善數(shù)據(jù)庫，從而降低后續(xù)治理和后期維護(hù)的成本[8]。

4 結(jié)語

無人機(jī)作為一種新型的遙感技術(shù)設(shè)備，它在遙感控制領(lǐng)域的應(yīng)用有很多，而且隨著遙感技術(shù)的發(fā)展與成熟，其應(yīng)用成本也變得越來越低。如果將其用于河流環(huán)境監(jiān)測，不但可以獲得高質(zhì)量的高清影像和圖像，而且還可以通過對違法污染的區(qū)域進(jìn)行逐個(gè)排查，獲得相應(yīng)的地理信息，再通過GIS進(jìn)行信息化管理。從而為河道管理部門的決策提供了科學(xué)的參考，并進(jìn)一步優(yōu)化了監(jiān)督管理工作的效率與質(zhì)量[9]。同時(shí)，隨著全自動(dòng)無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展與成熟，全自動(dòng)無人機(jī)也將逐漸代替低效、耗費(fèi)人力的普通無人機(jī)，占據(jù)河道監(jiān)測的市場，為無人機(jī)全自動(dòng)治理提供方向。

政府具備較強(qiáng)的動(dòng)員組織能力、執(zhí)法處理能力以及充足的現(xiàn)金，同時(shí)還有擁有眾多同治理息息相關(guān)的地理數(shù)據(jù)[10]；無人機(jī)制造企業(yè)則具備先進(jìn)的遙感技術(shù)，個(gè)性化的遙感探測因子設(shè)計(jì)；數(shù)字化平臺(tái)方案公司則可以在兩者中間發(fā)揮需求與技術(shù)融合的功能。政府、無人機(jī)制造企業(yè)和數(shù)字化平臺(tái)方案公司三方聯(lián)動(dòng)的環(huán)境治理模式正在成為市場主流。