朱京海 王曉臣 問鼎 梁婷

風能作為一種清潔的可再生能源，現(xiàn)在越來越受到世界各國的重視。2012年科技部印發(fā)了《風力發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》，在《規(guī)劃》中提到，到2015年時我國風電并網(wǎng)裝機將達到1億千瓦，當年發(fā)電量達到1900億千瓦時，規(guī)劃風電新增裝機7000萬千瓦[1]。與此同時相應(yīng)的風電場項目竣工驗收的工作量也會越來越大。如果采用傳統(tǒng)的人工踏勘的方法，工作量將是巨大的，特別是風電場項目建設(shè)一般位于風能密度高的草原、山地丘陵和濱海地區(qū)，受地理環(huán)境條件等所限，人工勘察難度相對較大，在實際驗收調(diào)查工程中，由于缺乏相應(yīng)的儀器設(shè)備，往往更多的是憑借調(diào)查人員的主觀臆斷和環(huán)評單位及環(huán)境監(jiān)理單位出具的報告，容易給環(huán)保驗收工作帶來驗收結(jié)果不完整、不準確，缺乏客觀性和科學性等問題。

而隨著科學技術(shù)的進步，無人機作為獲取遙感數(shù)據(jù)的新型手段，憑借其靈活型、低成本、即時性、可在危險地區(qū)作業(yè)等特點，已經(jīng)成為獲取高分辨率遙感影像的重要工具之一[2-5]?；谝陨咸攸c和優(yōu)勢，無人機特別適用于獲取小范圍高分辨率環(huán)境遙感數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用于建設(shè)項目環(huán)境保護管理、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境應(yīng)急、生態(tài)保護、環(huán)境監(jiān)察等領(lǐng)域[6,7]。在現(xiàn)階段的竣工環(huán)保驗收工作中，對于風力發(fā)電項目環(huán)保驗收尚無相應(yīng)的技術(shù)導則、技術(shù)方法、成熟的規(guī)范和標準[8]。因此，加強風電場環(huán)保驗收的技術(shù)方法研究就顯得尤為重要。

本文利用遼寧省環(huán)境與航空應(yīng)用工程中心在錦州黑山楊屯風電場竣工驗收中分辨率達到0.2 m的無人機航拍影像作為數(shù)據(jù)源，在詳細判研環(huán)評報告的基礎(chǔ)上，借助ArcGIS軟件的相關(guān)功能，對驗收調(diào)查的重點區(qū)域和敏感目標通過一系列相關(guān)解譯計算和分析，建立了無人機遙感風電類建設(shè)項目竣工環(huán)保驗收解譯標志庫建立的方法，提出了基于無人機遙感技術(shù)的生態(tài)驗收調(diào)查流程，以期為今后的無人機風電場竣工環(huán)保驗收工作提供參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)源概況

錦州黑山楊屯風電場位于遼寧省黑山縣西北部楊屯鎮(zhèn)北，場址中心處坐標為東經(jīng)122°05′40″，北緯41°55′5″。該場址處于黑山縣與阜新蒙古自治縣交界處，屬我國“三北”風帶，風能資源十分豐富。場址北至牛蹄洼，南至東八間房，西至王大包屯，東鄰下蔡屯，地形為海拔高度70～160 m的丘陵。場區(qū)規(guī)劃面積為9 km2。該地區(qū)地勢較高，為丘陵山地。

本次無人機影像使用遼寧省環(huán)境與航空應(yīng)用工程中心自主研發(fā)的LH-1號型環(huán)保無人機搭載佳能5DM arkⅡ型數(shù)碼相機進行拍攝，機身搭載高精定位定向系統(tǒng)（POS）和實時智能監(jiān)控系統(tǒng)，本次飛行相對航高500 m，航向重疊率80 %，旁向重疊率 60 %。獲取的影像空間分率達到0.1 m，后期內(nèi)業(yè)使用PixelGrid軟件中UAV模塊對獲取的影像進行影像糾正和拼接，并結(jié)合實地考察并設(shè)置控制點等方式對影像數(shù)據(jù)進行校正，最終生成黑山風電場區(qū)域的數(shù)字正射影像，如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地理位置及無人機遙感影像

2 風電場環(huán)保驗收特征分析

2.1 風電場環(huán)境影響評價特征分析

我國已建以及適合風場建設(shè)的區(qū)域主要分布在偏遠地區(qū)，植被覆蓋度不高，生態(tài)環(huán)境相對脆弱[9]。按照風電場所出的地理位置，一般將其分為：風沙草原型、山地型、濱海型、海上型[10,11]。由于目前風力發(fā)電項目尚無相應(yīng)的技術(shù)導則、技術(shù)方法、成熟的規(guī)范和標準，在總結(jié)前人的研究成果基礎(chǔ)上，將風電項目的環(huán)境影響評價主要歸納為生態(tài)影響、經(jīng)濟影響、公眾安全影響、景觀及視覺影響、噪聲影響、電磁輻射影響等方面[12]。

2.2 風電場環(huán)保驗收范圍及重點目標

黑山楊屯風電場工程環(huán)境影像評價報告表對風電場施工期和運營期的環(huán)境保護措施及環(huán)境保護方案進行了明確的規(guī)定。通過研讀環(huán)評報告表的相關(guān)生態(tài)影響評價的內(nèi)容，在總結(jié)分析風電場環(huán)境影響評價特征的基礎(chǔ)之上，結(jié)合無人機遙感獲取的可見光影像特點，最大限度地提取必要的環(huán)境信息，確定了此次無人機遙感風電場竣工環(huán)保驗收工作的重點，如表1所示。

表1 無人機環(huán)保驗收調(diào)查項目

2.3 解譯標志的建立

本次研究調(diào)查以色調(diào)、形態(tài)、物體的結(jié)構(gòu)和地物的紋理特征等為主要識別標志[13]，在詳細研讀環(huán)評報告表的基礎(chǔ)之上，結(jié)合地形地貌和野外調(diào)查的實際結(jié)果，建立了研究區(qū)的遙感解譯標志，見表2。

（1）風機。為白色柱狀，可見其頂端的旋轉(zhuǎn)葉片，紋理特征非常明顯。由于環(huán)保驗收期離建設(shè)項目竣工時間較近，風機周圍大多數(shù)可見裸露的地面，人工作業(yè)的痕跡非常明顯，在圖中可以快速斷定。

（2）箱變。為風機配套設(shè)施，一般位于風機一側(cè)，底座為白色混泥土結(jié)構(gòu)，在圖中表現(xiàn)為規(guī)則方形，圖中可以快速斷定。

（3）居民點。大多數(shù)為規(guī)則方形，除少數(shù)零星分布外大多數(shù)為聚居，在影像中表現(xiàn)明顯，呈白色點狀，有屋頂一般呈灰色，一般位于道路交匯處，圖中可以快速斷定。

（4）鐵道。為連續(xù)性線性分布，一般呈暗灰色，紋理平滑，邊界明顯，在圖中可以快速斷定。

2.4 人機交互式解譯

根據(jù)解譯標志和目視解譯的原則，采用人機交互式解譯方式，通過ArcGIS軟件通過目視解譯對目標信息進行提取并建立解譯標志，并在ArcGIS中對其勾畫并生成shape矢量數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析。從研究區(qū)內(nèi)共提取出重點環(huán)境信息有33處風機及配套的箱變，15處居民點，1段鐵路和2處文物。對解譯結(jié)果進行了野外實地驗證，結(jié)果表明解譯精度達到100 %。步驟如下：

（1）導入經(jīng)過處理的無人機遙感影像，以此作為工程底圖；

（2）建立地理數(shù)據(jù)庫。在ArcCatalog環(huán)境中，建立“風電場竣工環(huán)保驗收”的“地理數(shù)據(jù)庫”，之后在“地理數(shù)據(jù)庫”中分別建立相應(yīng)的“要素類”，在各“要素類”中建立對應(yīng)屬性字段并設(shè)定字段類型，最終完成風電場竣工環(huán)保驗收數(shù)據(jù)庫的建立。

表2 無人機遙感影像特征

（3）在ArcMap中使用編輯器完成點、線、面的勾畫，并對其進行標注，實現(xiàn)環(huán)保驗收環(huán)境重點目標信息矢量化提??；

（4）利用ArcGIS軟件建立相應(yīng)風機及鐵路防護距離的緩沖區(qū)域，對環(huán)保敏感目標進行分析；

圖2 研究區(qū)解譯結(jié)果

（5）建立基于ArcGIS為平臺的風電場環(huán)保驗收查詢平臺；使用A rcGIS中的查詢功能，可以很方便地查詢出風機距離最近環(huán)境敏感目標的距離、地理位置、編號等信息。

（6）形成遙感解譯成果圖，見圖2。

3 驗收結(jié)果

選用最鄰近距離法，結(jié)合地形等高線等地形要素，利用ArcGIS軟件使用緩沖區(qū)功能建立各環(huán)境要素的緩沖區(qū)域，并量算出風機與環(huán)境要素的距離，統(tǒng)計出建設(shè)項目實際建設(shè)面積和受光影影響的房屋數(shù)量等環(huán)保驗收數(shù)據(jù)，見表3。

表3 環(huán)保驗收結(jié)果一覽表

3.1 項目位置情況

該風電場建設(shè)項目實際建設(shè)情況與環(huán)評報告表中出入很大，主要有：

（1）本項目工程設(shè)計的區(qū)域范圍拐點坐標符合項目區(qū)域建設(shè)規(guī)劃，設(shè)計的33臺風機坐標全部在區(qū)域規(guī)劃范圍內(nèi)；但廠區(qū)實際建設(shè)面積為15 km2，比環(huán)評階段增加6 km2。

（2）本項目環(huán)評階段的建設(shè)區(qū)域范圍拐點坐標與設(shè)計的區(qū)域范圍拐點坐標相符，但環(huán)評階段的33臺風機坐標與區(qū)域規(guī)劃范圍不符，其中，有30臺風機坐標不在本項目區(qū)域規(guī)劃范圍內(nèi)；

（3）本項目實際建設(shè)的風機坐標與工程設(shè)計的風機坐標基本相同，但與環(huán)評階段的風機坐標不同，兩者相差近千余米；實際建設(shè)的33臺風機坐標點位于本工程設(shè)計和項目環(huán)評期間的規(guī)劃范圍。

（4）該風電場建設(shè)工程中33臺風機總體分布情況和坐標位置與環(huán)評階段對照發(fā)生較大的變化，30臺風機建設(shè)點位與環(huán)評給出的風機坐標點位不符，均相差約千余米。

3.2 環(huán)境敏感目標情況

（1）實際建設(shè)中有7臺風機鄰近四個村莊，其中250～450 m范圍內(nèi)涉及1戶居民，450～500 m范圍內(nèi)涉及47戶居民。

（2）編號為2C17的風機建設(shè)距省級保護文物—摩崖造像鄰近敏感點812 m，編號為2C16和2C17的風機距多寶塔分別為971 m、812 m，不滿足規(guī)劃環(huán)評中批復(fù)的風機建設(shè)最小距離文物1000 m的距離要求。

（3）項目建設(shè)與鄭大鐵路最近的2D20風機距鐵路距離達351 m，該風力發(fā)電場風機建設(shè)距鄭大鐵路均滿足大于150 m的安全控制距離要求。

4 結(jié)論與建議

（1）本文利用無人機遙感和GIS技術(shù)對黑山楊屯風力發(fā)電項目竣工環(huán)保驗收工作進行了初探，快速、準確地獲得了項目區(qū)域高分辨率遙感影像，并從中最大限度地提取出環(huán)保驗收工作所需的信息，在風電場環(huán)保驗收工作中具有可行性與客觀性，提高了驗收工作的科學性。

（2）無人機環(huán)境遙感技術(shù)的使用與原有靠現(xiàn)場踏勘驗收的方式相比工作效率大大提高，有更強的準確性和說服力。根據(jù)無人機遙感結(jié)果分析，目前的環(huán)境影響評價工作的科學性有待進一步限提高，急需采用更為科學的預(yù)測方法與技術(shù)，建設(shè)項目竣工環(huán)保驗收工作也應(yīng)該遵循獨立、客觀、科學的原則。

建設(shè)項目竣工環(huán)保驗收工作是落實“三同時”制度的重要手段，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)遠遠滿足不了新形勢下的環(huán)保驗收工作，需要引起社會和學術(shù)界的高度重視；關(guān)于引入無人機等新技術(shù)手段來進行環(huán)保驗收工作的方法還需要進一步的探索和研究。本文以黑山楊屯風電場環(huán)保驗收為例，旨在介紹一種新的驗收技術(shù)，為今后該類項目的環(huán)保驗收工作提供可能的參考和依據(jù)。

[1]中國資源綜合利用協(xié)會可再生能源專業(yè)委員會.風力發(fā)電在中國[M].北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2004.

[2]馬輪基, 馬瑞升, 林宗桂, 等.微型無人機遙感應(yīng)用初探[J].廣西氣象,2005, 26(S): 180-181.

[3]孫杰, 林宗堅, 崔紅霞.無人機低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)[J].遙感信息, 2003，27(9): 49-50.

[4]晏磊, 呂書強, 趙紅穎, 等.無人機航空遙感系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].武漢大學學報(工學版), 2004, 37(6): 67-70.

[5]崔紅霞, 林宗堅, 孫杰.無人機遙感監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].測繪通報,2005(5): 11-14.

[6]朱京海, 徐光, 劉家斌.無人機遙感系統(tǒng)在環(huán)境保護領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟, 2011(9): 45-48.

[7]朱京海, 梁婷, 徐光, 等.無人機遙感技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域中的應(yīng)用進展[J].環(huán)境保護科學, 2013, 39(4): 97-100.

[8]靳雷, 劉洋, 張碩, 等.無人機遙感系統(tǒng)在某河流域環(huán)境監(jiān)測項目中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟, 2013(8): 55-57.

[9]孫春順, 王耀南, 李欣然, 等.風力發(fā)電工程對環(huán)境的影響[J].電力科學與技術(shù)學報, 2008, 23(2): 19-23.

[10]尚立照.風力發(fā)電對河西走廊生態(tài)環(huán)境影響初探[J].環(huán)境研究與監(jiān)測,2010, 23(1): 3-5.

[11]趙麗娜, 沈曼莉.遼寧省不同類型風電場項目生態(tài)影響評價技術(shù)要點分析[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟, 2010 (11): 71-75.

[12]Sonia Ling, Anly Linehan, Guideline for wind power and wild life in Washington State, USA[J].Wind Engineering, 2003, 27(3): 273-284.

[13]張微, 楊金中, 王曉紅.基于特征地貌類型的湖州市第四紀地質(zhì)遙感信息提取方法探討[J].國土資源遙感, 2009, 21(3): 45-48.