河南省水土保持天空地一體化監(jiān)管實(shí)踐與思路

吳 鵬，徐建昭，衣 強(qiáng)

（河南省水土保持監(jiān)測(cè)總站，河南鄭州 450008）

0 引言

水土保持工作是生態(tài)文明建設(shè)的重要組成部分，利用遙感、無人機(jī)、數(shù)據(jù)終端等現(xiàn)代信息手段開展天空地一體化水土保持監(jiān)管是實(shí)現(xiàn)水土保持現(xiàn)代化的必然途徑和重要保障。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代水士保持工作的意見》明確指出“推進(jìn)遙感、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)與水土保持深度融合，強(qiáng)化水土保持監(jiān)管、監(jiān)測(cè)等信息共享和部門間互聯(lián)互通，提高管理數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平”。為貫徹落實(shí)“兩辦”關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代水土保持工作的意見，迫切需要加強(qiáng)水土保持“天空地一體化”監(jiān)管，創(chuàng)新監(jiān)管機(jī)制，完善監(jiān)管方式，豐富監(jiān)管手段，提高監(jiān)管效能，推動(dòng)全省新時(shí)代水土保持工作高質(zhì)量發(fā)展。

1 天空地一體化監(jiān)管發(fā)展實(shí)踐

1.1 “天”

“天”即衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)，通過獲取大范圍的多源、多尺度、多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，采用空間和時(shí)間上對(duì)比分析等方法，了解區(qū)域地物基本情況。

目前全省已初步實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星遙感影像在水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、人為水土流失監(jiān)管方面的業(yè)務(wù)應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了水土流失動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)全覆蓋，定量掌握了全省各縣級(jí)行政區(qū)及重點(diǎn)區(qū)域的水土流失狀況。每年省級(jí)開展2次全省水土保持遙感圖斑核查，初步實(shí)現(xiàn)了全省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目人為擾動(dòng)情況的全面監(jiān)管。

1.2 “空”

“空”即無人機(jī)監(jiān)測(cè)，借助無人機(jī)和攝影測(cè)量技術(shù)，通過空間分析、目標(biāo)識(shí)別，獲取目標(biāo)地物更精確的信息。

目前全省“空”基監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面，一是針對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目未批先建，可及時(shí)掌握項(xiàng)目擾動(dòng)范圍、棄土棄渣位置等情況；并對(duì)在建生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督檢查，復(fù)核實(shí)施措施數(shù)量、防治責(zé)任范圍邊界等。二是針對(duì)國家投資的水土保持生態(tài)治理工程開展在建核查和竣工抽查，復(fù)核圖斑實(shí)施情況，利用項(xiàng)目區(qū)實(shí)施前、實(shí)施后無人機(jī)影像對(duì)比開展實(shí)施效果評(píng)估，從而準(zhǔn)確掌握水土保持重點(diǎn)工程建設(shè)管理情況。

1.3 “地”

“地”即地面監(jiān)測(cè)，是獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的必要手段。主要分為實(shí)地量測(cè)監(jiān)測(cè)、定點(diǎn)地面監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

目前全省“地”基監(jiān)測(cè)主要措施包括，在水土流失監(jiān)測(cè)方面，建設(shè)嵩縣、魯山、陜州、南召、登封、殷都、濟(jì)源、羅山等9 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布設(shè)有總控?cái)嗝嬗炅坑^測(cè)及天然徑流場(chǎng)等設(shè)施，監(jiān)測(cè)區(qū)域水土流失情況。在淤地壩安全度汛方面，完成全省中型以上淤地壩雨水情監(jiān)測(cè)設(shè)施的安裝，實(shí)時(shí)采集水位、雨量、影像，實(shí)現(xiàn)淤地壩雨量水位報(bào)警及監(jiān)測(cè)。

2 天空地一體化監(jiān)管存在問題

2.1 生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)監(jiān)管仍存在缺失

目前已開展的遙感監(jiān)管等預(yù)防人為水土流失的監(jiān)管工作主要的監(jiān)管對(duì)象是具備立項(xiàng)或備案的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，管理方式主要是以責(zé)令編報(bào)水土保持方案，納入水土保持管理為主要，對(duì)于大量的無需立項(xiàng)的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)，比如臨時(shí)堆棄土渣、建筑垃圾堆存、違規(guī)建設(shè)用地、農(nóng)林活動(dòng)等同樣會(huì)產(chǎn)生水土流失危害的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)，目前仍然缺乏有效的管控方法和技術(shù)手段。

2.2 先進(jìn)技術(shù)手段應(yīng)用仍然不足

新技術(shù)的應(yīng)用推廣始終是推動(dòng)業(yè)務(wù)、事業(yè)發(fā)展的有效途徑。目前，水土保持監(jiān)測(cè)、信息化應(yīng)用、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)工作還存在薄弱環(huán)節(jié)。數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代技術(shù)手段在全省水土保持工作中的應(yīng)用有待加強(qiáng)，比如發(fā)現(xiàn)未批先建等違規(guī)行為的遙感監(jiān)管工作，其中重要的解譯環(huán)節(jié)仍然是沿用的五六年前的人工解譯方式；水土保持系統(tǒng)建設(shè)有一定基礎(chǔ)但完備性還不強(qiáng)，無法完全發(fā)揮信息化系統(tǒng)功能；淤地壩監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)信息推送和反饋仍然沿用傳統(tǒng)發(fā)送短信方式，無法及時(shí)確認(rèn)責(zé)任人員信息收發(fā)情況。

2.3 監(jiān)督信息綜合監(jiān)測(cè)缺乏抓手

全省水土保持監(jiān)督信息通過天空地各類監(jiān)督方式發(fā)現(xiàn)以后存在云端，這些大量信息需要有針對(duì)性的檢索或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，但目前缺失專職專業(yè)人員來做這些事，監(jiān)督成果呈現(xiàn)也沒有專用場(chǎng)所，無法為決策提供直觀展示。

3 天空地一體化監(jiān)管建設(shè)思路

3.1 “天”建設(shè)思路

全面掌握全省水土流失動(dòng)態(tài)變化。應(yīng)用高分遙感、地面觀測(cè)等方法，獲取年度土地利用、植被覆蓋、土壤侵蝕、水土保持措施等專項(xiàng)數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握年度水土流失動(dòng)態(tài)變化，為水土流失精準(zhǔn)治理、水土保持生態(tài)文明高質(zhì)量發(fā)展提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

及時(shí)掌握新增人為水土流失擾動(dòng)。通過高分辨率遙感影像提取包括臨時(shí)堆棄土渣、建筑垃圾堆存、違規(guī)建設(shè)用地、農(nóng)林活動(dòng)等在內(nèi)的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)地物信息，分析預(yù)測(cè)可能產(chǎn)生的水土流失量與影響，不斷加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)水土流失監(jiān)管力度，完善水土流失監(jiān)管死角，由強(qiáng)化生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的監(jiān)管，向生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目和生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)全覆蓋監(jiān)管轉(zhuǎn)變。

3.2 “空”建設(shè)思路

加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)過程水土保持監(jiān)管。一是加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)審查。在項(xiàng)目建設(shè)前期的水土保持方案編制和審查工作中利用無人機(jī)開展現(xiàn)場(chǎng)勘察，精準(zhǔn)分析生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)?。墸┩翀?chǎng)位置、預(yù)測(cè)水土流失量以及水土保持防治措施設(shè)計(jì)，從而更好地論證水土保持措施的合理性和有效性，提升水土保持方案編制水平，深化方案編制深度。二是開展重點(diǎn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目信息化監(jiān)管。通過無人機(jī)不定時(shí)地對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目渣場(chǎng)、料場(chǎng)等可能發(fā)生災(zāi)害的區(qū)域進(jìn)行巡查，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目“高頻次”監(jiān)管?，F(xiàn)場(chǎng)采集重點(diǎn)部位無人機(jī)調(diào)查正射影像，深度解譯分析重點(diǎn)部位水土保持措施落實(shí)情況、取棄土狀況、水土流失敏感點(diǎn)等，掌握重點(diǎn)部位水土保持狀況，取證違規(guī)行為。

開展水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理。利用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、移動(dòng)終端等技術(shù)和手段，以水土保持措施圖斑為單元，開展在建項(xiàng)目核查、竣工項(xiàng)目抽查、實(shí)施效果評(píng)估，實(shí)現(xiàn)水土保持重點(diǎn)工程高精度、全流程的信息化監(jiān)管，形成高效率、高質(zhì)量的項(xiàng)目監(jiān)管組織實(shí)施形式，強(qiáng)化監(jiān)管技術(shù)成果在項(xiàng)目建設(shè)過程中的應(yīng)用，為及時(shí)了解水土保持重點(diǎn)工程各個(gè)階段的建設(shè)情況、不合規(guī)情況奠定基礎(chǔ)。

試點(diǎn)開展淤地壩數(shù)字孿生流域建設(shè)。選擇下游有人員或重要設(shè)施的淤地壩和全省主要江河流域重點(diǎn)區(qū)域（丹江口庫區(qū)及上游、重要水源地）開展數(shù)字孿生L2 級(jí)底板建設(shè)試點(diǎn)，采用無人機(jī)正射影像，無人機(jī)機(jī)載激光雷達(dá)，構(gòu)建分辨率優(yōu)于0.5 m數(shù)字地面模型（DEM），水下部分采用無人船聲吶測(cè)量，構(gòu)建水下高程模型。針對(duì)下游有人員或重要設(shè)施的淤地壩開展關(guān)鍵局部實(shí)體場(chǎng)景建模，進(jìn)行關(guān)鍵部位BIM模型建設(shè)，建立重要淤地壩L3級(jí)數(shù)據(jù)底板。

3.3 “地”建設(shè)思路

完善淤地壩安全監(jiān)測(cè)體系建設(shè)。完善淤地壩巡查和預(yù)警預(yù)報(bào)信息傳輸終端，實(shí)現(xiàn)淤地壩預(yù)警預(yù)報(bào)信息送得出、收得到，淤地壩汛期巡查工作精細(xì)化管理。

推行生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目“遠(yuǎn)程+移動(dòng)”監(jiān)管。針對(duì)重點(diǎn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目三級(jí)以上渣場(chǎng)建設(shè)24 h 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，對(duì)重點(diǎn)渣場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，精準(zhǔn)了解現(xiàn)場(chǎng)棄渣施工、堆渣情況及水土流失防治措施。利用水土保持監(jiān)管移動(dòng)采集終端，定期對(duì)項(xiàng)目重點(diǎn)部位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)照片和視頻采集，檢查水土保持措施是否有效落實(shí)。

3.4 “天空地”一體化協(xié)同

融入智慧水利業(yè)務(wù)。水土保持業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)作為“智慧水利”的重要組成部分，必須加快水土保持?jǐn)?shù)據(jù)、系統(tǒng)與水利一張圖的整合，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的分析和深加工能力，以現(xiàn)有設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源為基礎(chǔ)，建立覆蓋水土保持全業(yè)務(wù)的統(tǒng)一水利數(shù)據(jù)資源環(huán)境和共享交換體系，建設(shè)支持全省水土保持系統(tǒng)和相關(guān)政府部門信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的公共核心支撐平臺(tái)。

建設(shè)人為水土流失擾動(dòng)智能解譯平臺(tái)。以全省遙感監(jiān)管歷年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，深度分析人為擾動(dòng)地表影像特征，利用多尺度融合檢測(cè)技術(shù)，建立全省生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目疑似違法違規(guī)圖斑解譯標(biāo)志庫，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)圖斑遙感智能識(shí)別（AI），結(jié)合防治責(zé)任范圍，快速發(fā)現(xiàn)違規(guī)信息，智能分析人類建設(shè)活動(dòng)的時(shí)空變化規(guī)律。

建設(shè)水土保持信息化監(jiān)控室。集成基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感影像、無人機(jī)航片等多源數(shù)據(jù)以及水土保持監(jiān)督、治理、監(jiān)測(cè)等相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以多時(shí)態(tài)、多窗口、二三維一體化的形式，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)形象化、直觀化、具體化展示，助力信息監(jiān)控與決策支持。