孫向峰，趙 瑩，趙國峰

（1.山東省海河淮河小清河流域水利管理服務(wù)中心，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省水利科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南250014；3.博興縣城鄉(xiāng)水務(wù)局，山東 博興 256500）

近年來，為進(jìn)一步深化“放管服”改革，強(qiáng)化生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持事中事后監(jiān)管，做好水土保持方案實(shí)施情況的跟蹤檢查，推進(jìn)“智慧水土保持”建設(shè)，快速獲取水土保持相關(guān)的定性、定量信息，提升水土保持監(jiān)督管理水平。無人機(jī)技術(shù)在環(huán)保、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)快速的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。利用無人機(jī)傾斜攝影、多光譜等影像開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督檢查，比傳統(tǒng)調(diào)查方法調(diào)查范圍廣、速度快、精度高，可實(shí)現(xiàn)定量分析等目標(biāo)[1]。

1 水土保持事中監(jiān)管重點(diǎn)與難點(diǎn)

1.1 水土保持監(jiān)督管理人員不足

為解決水土保持監(jiān)督管理人員不足的問題，山東省各市、縣多采取政府購買水土保持監(jiān)督檢查第三方服務(wù)方式獲取技術(shù)支持。但水保事中監(jiān)督檢查屬于行政檢查，其他人員作為非行政公職人員，代履行缺乏法律法規(guī)支撐，在監(jiān)督檢查工作中缺乏有效的行政制約能力。

1.2 定性檢查容易，定量分析難

目前，水土保持事中監(jiān)管常以人工檢查為主，同時(shí)遙感影像和無人機(jī)等加以輔助。但僅通過觀察、詢問調(diào)查等現(xiàn)場(chǎng)檢查，只能是直觀定性而不是精確的測(cè)量和定位。對(duì)于取、棄土場(chǎng)及數(shù)量、防治措施規(guī)格及面積、表土剝離及利用數(shù)量、植物措施防護(hù)程度及數(shù)量，需要定量統(tǒng)計(jì)，難以在短時(shí)間內(nèi)給出準(zhǔn)確的結(jié)論。與《水利部生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案變更管理規(guī)定》辦水保（2016）65號(hào)中提出的變更要求，以往的監(jiān)督檢查方式在量級(jí)上滿足不了事中監(jiān)管的要求，同時(shí)工作效率也較低。

1.3 暗查暗訪中取證信息獲取難度大

對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)存在的水土流失隱患，對(duì)納入重點(diǎn)監(jiān)管名單、群眾舉報(bào)或問題突出的項(xiàng)目組織專項(xiàng)檢查。此類項(xiàng)目，常常采用“四不兩直”暗查暗訪，不定期、多頻次開展水土保持監(jiān)督檢查工作。這種形式事中檢查不能通過詢問等形式，如果不依靠信息化監(jiān)測(cè)手段很難獲得取證信息，而且只有通過定量計(jì)算輔助檢查，計(jì)算出準(zhǔn)確的監(jiān)督檢查數(shù)據(jù)，才能讓違法行為無處遁形。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

2.1 項(xiàng)目概況

濟(jì)泰高速公路5號(hào)棄渣場(chǎng)，地理位置位于東經(jīng)117.148498°，北緯36.449542°，濟(jì)泰高速公路樁號(hào)K15+700左側(cè)100 m。占地類型為林地，植被發(fā)育以灌木為主，屬于溝道型棄渣場(chǎng)。該區(qū)地勢(shì)起伏，自然坡度5～35°，相對(duì)高差約30 m。下游100 m處為濟(jì)泰高速公路大橋，棄渣場(chǎng)溝底坡度較緩。

該工程應(yīng)用的無人機(jī)為大疆精靈4RTK多光譜版，有6個(gè)1/2.9英寸CMOS，包括1個(gè)用于可見光成像的彩色傳感器和5個(gè)用于多光譜成像的單色傳感器，主要技術(shù)指標(biāo)：1）5個(gè)多光譜傳感器，波段設(shè)置參數(shù)為紅（R）：650 nm±16 nm；綠（G）：560 nm±16 nm；藍(lán)（B）：450 nm±16 nm；紅邊（RE）：730 nm±16 nm；近紅外（NIR）：840 nm±26 nm；光譜分辨率為200萬像素（1600×1200）；2）1個(gè)可見光RGB傳感器，光譜分辨率為200萬像素（1600×1200）；3）飛行高度采用90 m，飛行參數(shù)選擇航向重疊率80%、旁向重疊率60%時(shí)，GSD約4.76 cm/pixel。

2.2 項(xiàng)目擾動(dòng)范圍及水保措施數(shù)據(jù)獲取

利用DJI Terra軟件進(jìn)行無人機(jī)遙感二維重建影像，生成數(shù)字正射影像圖（DOM），見圖1?？梢酝ㄟ^結(jié)果準(zhǔn)確量測(cè)棄渣場(chǎng)擾動(dòng)面積、復(fù)耕面積、措施面積，以及棄渣場(chǎng)攔擋長度、截排水溝長度等水保工程措施數(shù)據(jù)，見圖2。

圖1 正射影像圖（DOM）

圖2 擾動(dòng)面積測(cè)量

2.3 高程與棄渣量數(shù)據(jù)獲取

利用無人機(jī)三維傾斜攝影技術(shù)，用DJI Terra軟件形成三維模型，見圖3。堆渣高度、坡度，可在三維模型上直接測(cè)量。本次測(cè)量與最低點(diǎn)水平面的體積、測(cè)量值與上次量測(cè)值的差即是增加的土石方量。形成數(shù)字表面模型（DSM）見圖4，可獲取地理坐標(biāo)及高程等信息。

圖3 三維模型圖

圖4 數(shù)字高程模型圖（DSM）

2.4 林草覆蓋率獲取

利用DJI Terra軟件進(jìn)行拼接，ENVI5.3軟件處理多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，形成NDVI指數(shù)圖，見圖5。在綜合已有多種植被覆蓋度分類的基礎(chǔ)上，以ENVI 5.3軟件中監(jiān)督分類中支持向量機(jī)和閾值法算法進(jìn)行分類，計(jì)算植被覆蓋度，并與實(shí)地植物調(diào)查樣方的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果滿足精度要求。

圖5 NDVI指數(shù)圖

圖6 植被覆蓋度圖

2.5 結(jié)果分析判斷

1）擾動(dòng)范圍分析判斷。判斷擾動(dòng)范圍是否超出防治責(zé)任范圍，只需從生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督檢查系統(tǒng)中將生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目防治責(zé)任范圍矢量邊界導(dǎo)出，和測(cè)量的擾動(dòng)DOM圖進(jìn)行疊加分析，未超出防治責(zé)任范圍的判斷為“合格”，超出防治責(zé)任范圍的判定為“超防治責(zé)任范圍”，并計(jì)算超出擾動(dòng)面積占水保方案批復(fù)的防治責(zé)任范圍的比例。

2）棄渣量及水保措施分析判斷。棄渣量由大疆軟件測(cè)量，同時(shí)與水保方案中的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲取棄渣量。水保工程措施與方案設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比，棄渣量及水保措施均符合方案設(shè)計(jì)值。

3）植物措施分析判斷。棄渣場(chǎng)經(jīng)過平整后，具備了土地資源再利用基礎(chǔ)，卻沒有采取人工恢復(fù)措施，只是自然恢復(fù)。經(jīng)過1年多的自然恢復(fù)，10%以上蓋度的面積占71.2%，林草覆蓋率比較低，在降雨的沖刷下產(chǎn)生水土流失，影響棄渣場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程。對(duì)此，監(jiān)督檢查提出棄渣場(chǎng)整改要求：一是補(bǔ)充斜坡防護(hù)措施，采用工程防護(hù)或植物防護(hù)等措施；二是平臺(tái)區(qū)在土壤條件差的地方可采取客土改良，增加植物措施防護(hù)，人工加速植被恢復(fù)進(jìn)程。

3 應(yīng)用建議

實(shí)踐表明，采用無人機(jī)進(jìn)行事中監(jiān)督檢查，通過定量計(jì)算結(jié)合重點(diǎn)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)檢查，可排查項(xiàng)目地點(diǎn)規(guī)模變化、未批先棄、水土保持方案超范圍未變更等違法違規(guī)問題，極大提高了監(jiān)管工作質(zhì)量和效率，在未來的水土保持監(jiān)管中可以廣泛應(yīng)用。

建議相關(guān)部門進(jìn)一步加強(qiáng)水土保持臨時(shí)措施監(jiān)管，強(qiáng)化臨時(shí)措施監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，尤其是臨時(shí)擋土、臨時(shí)排水、防塵網(wǎng)覆蓋等措施尺度較小的臨時(shí)措施監(jiān)測(cè)研究，研究其快速分類的方法，如防塵網(wǎng)等，可實(shí)現(xiàn)對(duì)臨時(shí)措施的快速辨認(rèn)和測(cè)量，而不是僅僅靠目視解譯，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目全過程監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化監(jiān)管。