宋繼明，倪向萍，唐明利，李盈盈，馮金倉

（1.國家電網(wǎng)有限公司特高壓建設分公司，北京 100050；2.山東誠信工程建設監(jiān)理有限公司，山東 濟南 250102）

0 引言

特高壓輸變電工程是當前我國跨大區(qū)流域輸電、全國能源資源優(yōu)化配置的主要能源通道，有輸送容量大、送電距離長、線路損耗低、占用土地少的顯著優(yōu)勢（舒印彪，2005）。近幾年，國家大力發(fā)展特高壓輸電項目，特高壓輸電工程點多、面廣、線長，施工場地地形復雜，占用空間距離長、時間跨度大，且受限于線路通道走廊選擇，部分區(qū)域不可避免的需要穿越環(huán)境、居住等敏感點，特別在房屋拆遷、樹木砍伐、道路修筑、土地平整、材料運輸?shù)确矫鎸Νh(huán)境擾動點位多，社會關注度高，環(huán)保水保管理管控難度大。以往輸變電工程環(huán)保水保管理工作中，主要是通過管理人員頻繁到現(xiàn)場檢查，這樣的方式過于依賴檢查人員的素質和責任心，準確性差；現(xiàn)場狀況信息更新周期長，且時間節(jié)點難以統(tǒng)一；人員、車輛投入大，經(jīng)濟性差。為此，在環(huán)保水保管理工作中引入先進科技技術手段以提高環(huán)保水保管理工作效率和效益勢在必行。

目前，計算機技術、軟件技術、通訊技術、信息技術、影像處理技術、人工智能技術等先進技術日新月異，衛(wèi)星遙感技術便是綜合其中部分技術而產生的綜合性智能遙感技術，對比傳統(tǒng)的監(jiān)測技術，遙感技術具有無與倫比的優(yōu)越性（陳安寧，2017）。而且，隨著衛(wèi)星遙感技術的不斷發(fā)展和完善，這項技術被越來越多的應用在工程建設領域，也為利用衛(wèi)星遙感技術進行環(huán)保水保和通道清理的監(jiān)測、檢查、驗收等管理工作提供了一項很好的可供選擇的先進技術手段。應用衛(wèi)星遙感技術，可以使環(huán)保水保監(jiān)測、檢查、驗收等管理工作從傳統(tǒng)人工、事后管理為主轉化為以智能、事中監(jiān)管為主，實現(xiàn)環(huán)保水保監(jiān)測數(shù)字化、可視化、智能化，為環(huán)保水保管理人員提供預判預警，為驗收提供精準數(shù)字及過程影像，極大的提高了監(jiān)理工作的效率及效益。

1 高分衛(wèi)星遙感技術

衛(wèi)星遙感技術是利用人造衛(wèi)星收集地物目標的電磁輻射信息，以辨認地球環(huán)境和資源的技術，是航天遙感最為實用普遍的技術。高分衛(wèi)星遙感技術便是綜合遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等技術在內的空間信息技術，它是利用可見光、紅外、微波等探測儀器，通過攝影或掃描、信息感應、傳輸和處理，從而識別地面物質的性質和運動狀態(tài)的現(xiàn)代化技術系統(tǒng)。目前國內多采用我國自主建立的衛(wèi)星系統(tǒng)。

應用高分衛(wèi)星遙感技術進行特高壓輸電工程監(jiān)理，其工作原理是“衛(wèi)星遙感影像采集處理”（黃來等，2020），主要包括兩個方面，一是影像數(shù)據(jù)獲取，二是遙感分析。遙感影像是遙感分析的基礎，只有符合要求的遙感影像才能用于遙感分析。通過對采集的遙感影像進行一系列處理，使遙感影像與輸變電實際線路向匹配，坐標一一對應，為遙感分析和研究做好數(shù)據(jù)基礎。

影像數(shù)據(jù)獲取主要是通過衛(wèi)星系統(tǒng)獲取項目所需的影像資料。遙感衛(wèi)星影像的獲取分為存檔數(shù)據(jù)和編程數(shù)據(jù)兩種。存檔數(shù)據(jù)是衛(wèi)星按照既定程序進行影像的拍攝和存儲，當有需要時進行調取，這是歷史數(shù)據(jù)。該影像容易獲得，但時效性差，對時效要求不高的情況可以采用。編程數(shù)據(jù)是指根據(jù)需要，向衛(wèi)星發(fā)出指令指定衛(wèi)星在未來時間定點獲取影像數(shù)據(jù)。衛(wèi)星編程拍攝受衛(wèi)星軌道忙碌、天氣影響的因素很大，所以獲取數(shù)據(jù)的時間比較久，一般獲取周期需要2～3個月，要得到及時影像，需要提前預約，而且費用與已有存檔衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)相比高很多。在實際應用中，可根據(jù)工程進展和需求，采用存檔數(shù)據(jù)和編程數(shù)據(jù)結合的方式實施。

遙感分析是指通過解譯標志建立、分類特征分析、遙感影像解譯、解譯對象的遙感提取與計算、形成解譯報表等過程進行遙感影像解譯，并對解譯的數(shù)據(jù)采用專用軟件進行分析，并與相關技術要求相對比，查找現(xiàn)場存在的問題，并予以解決。遙感影像解譯一般由專業(yè)技術人員完成。

2 利用高分衛(wèi)星遙感技術進行特高壓輸電工程的環(huán)保水保管理

2.1 應用范圍

在輸電線路工程建設中，可利用高分遙感的高分序列影像，在輸變電工程施工的不同階段，采集高分系列影像并通過遙感處理與分析，實現(xiàn)部分現(xiàn)場影像及數(shù)據(jù)資料的采集，以此協(xié)助環(huán)保水保管理工作的高效完成。在實際應用中，將根據(jù)工程進展和現(xiàn)場需求，采用存檔數(shù)據(jù)和編程數(shù)據(jù)結合的方式獲取數(shù)據(jù)。

利用遙感影像處理技術、波譜解譯技術及影像對比庫技術，對水保環(huán)保、通道清理等進行遠程監(jiān)測。同時，利用影像比對庫技術，對環(huán)保水保各類面積、通道清理數(shù)量作出判別，以此輔助監(jiān)理工作，并提高效率。具體應用范圍如下：

（1）線路路徑優(yōu)化：遙感圖片可以辨別出地質構造、山脈走向、河流水系、公路鐵路交通線的現(xiàn)狀，以及農田、林場等自然地貌狀況。這些豐富的地理地貌信息對送電線路進行多方案路徑優(yōu)化選擇有著極大的幫助（徐世澤和許琳，2011）。如此，在線路路徑上可從根本上規(guī)避環(huán)保水保敏感點。

（2）環(huán)保水保方面：環(huán)境敏感區(qū)監(jiān)控，施工過程中施工擾動面積、臨時進場及材料運輸?shù)缆返拈L度和寬度、塔材堆放調查、取棄土場面積情況，工程竣工驗收階段植被恢復等情況，竣工驗收階段動土地整治率、水土流失總治理度、林草植被恢復率和林草覆蓋率，水土流失狀況調查等。

（3）通道清理方面：房屋拆遷進度及跡地恢復完成情況，樹木砍伐進度及完成情況，廠礦、企業(yè)等障礙設施拆遷情況的檢查、驗收。

（4）施工組織方面：預先采集現(xiàn)場地形、地貌、周邊跨越物、臨近建構筑物等基礎性數(shù)據(jù)，在基礎、組塔階段可為材料堆放場、作業(yè)方式的選擇在導地線架設階段可為牽張場布設、跨越措施選擇等提供支撐性參考資料。

（5）相關說明：本文重點針對在環(huán)保水保管理、線路通道清理等方面工作如何應用高分衛(wèi)星遙感技術進行探討。

2.2 高分系列衛(wèi)星影像參數(shù)

我國2010年啟動了高分辨率對地觀測技術研究，是我國中長期研究重點支持的16個重大專項之一。2013年4月，國家高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項天基系統(tǒng)中的首發(fā)星“高分一號”成功發(fā)射，突破了高空間分辨率、多光譜高空間分辨率的光學遙感技術，全色片空間分辨率為2 m，多光譜空間分辨率為8 m，開啟了我國高分辨率數(shù)據(jù)獲取以及應用的先河（白照廣，2013）。2014年8月，“高分二號”（GF-2）衛(wèi)星成功發(fā)射，標志著我國遙感事業(yè)進入了一個新的“里程碑”，全色片空間分辨率達到0.81 m，多光譜分辨率達到3.24 m（崔恩慧等，2014；邱學雷，2014；云成，2014；東方星，2015），有效地提升了衛(wèi)星綜合觀測效能（吳凱等，2018），均能滿足輸變電工程環(huán)保水保監(jiān)管對影像空間分辨率的要求?？紤]到云層遮擋、系統(tǒng)故障等對數(shù)據(jù)獲取造成的影響，在影像采集時使用多源衛(wèi)星聯(lián)合應用，從而保證輸變電線路的重訪頻次及全線覆蓋。

高分遙感技術具有大范圍、多頻次、高清晰的優(yōu)勢，特別是國產高分一號、二號覆蓋周期分別為41天、69天，分辨率可達2 m、0.8 m，可實現(xiàn)一年多次監(jiān)測（姜德文，2016）。高分一號、高分二號以及其他高分系列衛(wèi)星逐步進入我國環(huán)境保護的主體業(yè)務，全面提升我國環(huán)境監(jiān)測的定量化和精細化水平，提高我國環(huán)境監(jiān)測天地一體化能力，為我國的環(huán)境保護和管理工作提供重要技術支撐（趙少華等，2015）。目前，在特高壓工程環(huán)保水保工作中常用的高分系列衛(wèi)星影像參數(shù)詳見表1。

表1 特高壓工程環(huán)保水保常用高分系列衛(wèi)星影像參數(shù)

2.3 操作流程

在線路遙感監(jiān)理架構設計中，對采集工程沿線高分遙感影像進行前期預處理，處理的過程包括校正、影像融合、裁剪等方法。使用處理后的影像進行目視解譯，并對監(jiān)控對象劃分為擾動區(qū)、臨時進場道路、拆遷房屋、拆遷廠礦、取棄土場、料場選擇、合理作業(yè)方式等類別，進行矢量化。為各類別監(jiān)控對象賦予屬性，如面積、長度、寬度等。具體操作流程如圖1。

圖1 線路遙感在項目管理中的技術路線

2.4 實施過程

采用高分遙感技術輔助現(xiàn)場環(huán)保水保管理工作，需結合技術要求和項目實際情況開展相關工作。目前國內利用衛(wèi)星遙感技術一般通過具有相關資質和能力的科技公司獲取，一般項目管理單位暫無相關資質和能力，需要和相關科技公司通過業(yè)務合作來實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的采集。

為此，在項目實施前，應首先選定相關科技公司并簽署委托協(xié)議，明確委托事項和要求，主要包括：

（1）應對每基塔位環(huán)保水保狀況和線路通道范圍內清理情況在開工初期進行拍攝、處理、分析。

（2）拍攝照片清晰度滿足分析需要；遙感解譯精度誤差控制在5%以內；環(huán)保水保遙感監(jiān)測報告和通道清理檢查、驗收報告符合工作需要。

（3）明確遙感實施的周期，實現(xiàn)多期遙感影像的采集、處理、分析、存儲，完成影像比對庫建設。

在使用高分衛(wèi)星遙感技術開展特高壓輸電工程環(huán)保水保管理工作前，應提前收集基礎資料，主要是桿塔經(jīng)緯度坐標等；同時收集環(huán)保水保和通道清理的管理要求等資料，作為該項工作的依據(jù)文件。

具體來講，可在施工前、施工中和驗收階段利用高分衛(wèi)星遙感技術開展項目管理工作，每個階段的主要工作包括：

（1）施工前階段工作：根據(jù)桿塔經(jīng)緯度坐標，環(huán)保水保專項設計、通道清理清冊等資料等采集高分遙感影像，解譯該線路原始地貌類型，編寫第一次遙感監(jiān)測報告，作為后期項目驗收的參照影像。由于該階段對時間要求不高，可采用遙感衛(wèi)星影像存檔數(shù)據(jù)進行分析。

（2）施工階段工作：在施工過程中應根據(jù)工程進展情況，定期采集高分遙感影像，主要解決環(huán)保水保方面的問題，采集施工過程中環(huán)境敏感區(qū)影響范圍和狀況、環(huán)境敏感區(qū)范圍內新增進場道路狀況、施工擾動面積、臨時進場道路的長度和寬度、塔材堆放調查、取棄土場面積情況等。建議在基礎、組塔、架線三個階段各采集一次，并編制遙感監(jiān)測報告。項目管理單位根據(jù)報告分析結果及時發(fā)出通知單，督促施工單位及時進行整改?；A階段可采用遙感衛(wèi)星影像存檔數(shù)據(jù)進行分析，組塔、架線階段采用遙感衛(wèi)星影像編程數(shù)據(jù)進行分析，以提高工作時效性。

（3）驗收階段工作：輸電線路竣工預驗收階段，進行遙感影像采集與處理，完成環(huán)保水保初檢和通道清理驗收工作，包括擾動土地整治率、林草覆蓋率、林草植被恢復率指標計算、房屋拆遷、樹木砍伐等，對于不符合驗收標準的進行整改，提供影像解譯分析報告，并編入驗收初檢驗收報告，發(fā)出問題通知單，督促施工單位整改。鑒于該階段對數(shù)據(jù)提供實效要求較高，需采用遙感衛(wèi)星影像編程數(shù)據(jù)進行分析。

2.5 應用難點及注意事項

利用高分衛(wèi)星開展特高壓輸電工程環(huán)保水保管理工作，由于客觀因素影響也存在一些難點。

（1）實時性較差：高分衛(wèi)星遙感影像分析流程多、數(shù)據(jù)量大、周期長，致使實時性差。如遙感衛(wèi)星影像存檔數(shù)據(jù)采用的是歷史數(shù)據(jù)，一般是采集時點之前2～3個月的影像數(shù)據(jù)；遙感衛(wèi)星影像編程數(shù)據(jù)則需要提前預約，需要對工程進展非常準確的預測，鑒于工程進度的不可預見性，這點也是很難做到的。為此，如何提高時效性，將是衛(wèi)星遙感技術在工程中應用的一個難題。

（2）受天氣影響大：衛(wèi)星遙感監(jiān)測最理想的情況是含云量為0%，項目在開展過程中發(fā)現(xiàn)，15%以下的含云量都是可以接受的。因此，陰雨、沙塵暴、霧等不良天氣都會對遙感觀測產生不利影響。

在利用高分衛(wèi)星開展特高壓輸電工程環(huán)保水保管理工作中，為提高工作成效，需注意以下事項：

（1）基礎資料的準確性：采用衛(wèi)星遙感技術輔助輸電線路現(xiàn)場環(huán)保水保管理工作需要提供準確的基礎資料，桿塔經(jīng)緯度坐標、通道拆遷砍伐清冊的準確度直接影響使用效果。坐標不準確，將無法采取到所需位置的影像資料，導致分析結果無效；通道拆遷砍伐清冊不準確，無法與采集的影像進行分析。

（2）影像資料采集的關鍵部位：影像資料的采集，應重點關注山區(qū)是否有掛渣現(xiàn)象、擾動面積過大部位、成片的樹木、需拆遷的房屋及廠房等敏感因素。

（3）技術手段的綜合性：根據(jù)工程監(jiān)測的任務和要求，在技術手段上宜采用衛(wèi)星遙感為主、抽樣調查和地面調查、驗證相結合的方法，發(fā)揮各自優(yōu)勢，求得總體功能上滿足各項需要。

3 某工程應用實踐

在山東某特高壓線路工程環(huán)保水保管理工作中，已利用高分衛(wèi)星遙感技術輔助現(xiàn)場環(huán)保水保管理工作（圖2～3），分別在基礎、組塔、架線及驗收四個階段各應用一次，目前，均已完成三個階段的應用，總體應用情況較為理想。

圖2 高分遙感影像施工擾動面積解譯示例一

該段線路工程全長2 km×96.218 km，鐵塔189基，主要地形為山區(qū)。該工程基礎階段的應用獲取了以下成果：所有塔基區(qū)擾動面積總體統(tǒng)計、塔基區(qū)施工擾動超過4000 m2遙感解譯、塔基區(qū)施工擾動面積超過3000 m2遙感解譯、塔基區(qū)擾動面積逐個統(tǒng)計；臨時施工道路統(tǒng)計、臨時施工道路長度超過200 m解譯、塔基臨時施工道路長度逐個統(tǒng)計；房屋拆遷遙感解譯等。所形成的監(jiān)測報告直接用于現(xiàn)場環(huán)保水保管理工作，相關問題以通知單形式發(fā)往施工單位整改。

以上工作如采用傳統(tǒng)檢查方式，需一人一車至少要30天才能完成，且觀察盲點多、不全面、誤差大。而利用高分衛(wèi)星遙感技術采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)并形成報告僅需10天左右，無需野外作業(yè)，觀察數(shù)據(jù)精確、全面，有明確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

由此可看出，與傳統(tǒng)的人工實地監(jiān)測相比，高分遙感技術具有如下優(yōu)勢：探測范圍大，可以了解整個工程水保環(huán)保的整體狀況；獲取資料速度快、周期短；受地面條件限制少；減少了對人員工作態(tài)度和人員素質的依賴性；減少了人員、車輛的投入，既節(jié)約了開支也減少風險。

4 結論

高分衛(wèi)星遙感技術為輸電線路工程的水保環(huán)保、通道清理等項目管理工作提供了一種先進可靠的技術手段，并在實踐中取得了良好的效果。

隨著衛(wèi)星遙感技術和信息處理技術的迅猛發(fā)展，由各種高、中、地軌道相結合，大、中、小衛(wèi)星相協(xié)同，高、中、地分辨率相彌補而組成的對地觀測系統(tǒng)，未來可對工程可進行多層、立體、多角度、全方位和全天候的監(jiān)測，能夠準確有效、快速及時地提供多種空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率的觀測數(shù)據(jù)，且影像拍攝周期越來越短，時效性也越來越高。

綜上所述，隨著高分衛(wèi)星遙感技術的進一步發(fā)展，在特高壓輸電線路工程項目管理工作中應用也將越來廣泛，除在環(huán)保水保管理和通道清理驗收方面的應用外，還將在工程本體的安全、質量檢查和進度控制方面發(fā)揮一定作用，為特高壓輸電線路工程建設及項目管理工作提供更加高效的技術手段。