楊阿龍，李鐵男，王 俊，郭微微

（1.黑龍江省龍研水利規(guī)劃設計有限責任公司，150080，哈爾濱；2.黑龍江省水利科學研究院，150080，哈爾濱）

黑龍江省江河湖泊眾多、水系發(fā)達、水資源豐富，全省流域面積50 km2以上河流有2881 條，總長度為9.21 萬km；現(xiàn)有常年水面面積1 km2以上的湖泊253個，水面總面積3037 km2；已注冊登記的大中小型水庫共846座。

自2017 年全面推行河長制以來，黑龍江省委、省政府牢固樹立習近平生態(tài)文明思想，把打造“幸福河湖”作為目標，實現(xiàn)河湖生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善。但在近年推行河湖長制工作中發(fā)現(xiàn)，河湖監(jiān)管對象具有“點多、線長、面廣、量大、類雜、變化快、領域多”等特點，傳統(tǒng)“用腿跑、用眼看、手機拍、提交報告”的人工巡河巡湖手段，存在監(jiān)管范圍小、耗時長、成本大、投入人員多等問題，難以在短時期內獲得全面、科學的河湖監(jiān)管問題信息，無法滿足河湖岸線整體監(jiān)管需求，巡河難度大，河湖動態(tài)監(jiān)管難度更大?，F(xiàn)有監(jiān)管專職人員少、經費不足，加之全省水系戰(zhàn)線長、范圍廣、環(huán)境復雜，河湖監(jiān)管面臨發(fā)現(xiàn)問題難、技術手段落后、問題反饋周期長等問題。無人機技術和遙感技術具有直觀、客觀、方便、快捷、高效的特點，利用無人機技術和遙感技術開展河湖長制監(jiān)管的應用實踐，在黑龍江省已取得顯著成效。

一、無人機技術、遙感技術應用簡介

1.無人機技術

使用搭載載波相位差分技術（RTK）、高清攝像設備的大疆精靈4無人機實地核查取證，根據不同地理條件狀況，合理規(guī)劃無人機的飛行路線和飛行參數(shù)，如飛行相對高度為100 m、飛行速度11 m/s、航向重疊率80%、旁向重疊率70%，單次飛行時間20 min 作業(yè)面積可達0.6 km2。利用大疆智圖、Pix4Dmapper、ContextCapture等專業(yè)軟件處理無人機外業(yè)航拍照片，生成高分辨率正射影像DOM，影像分辨率可達0.05～0.2 m，能更清晰地辨析“四亂”中的問題和問題類別。

2.遙感技術

北京二號衛(wèi)星呈多面立體結構，整體質量約447 kg，運行使用壽命約7 a。衛(wèi)星使用SSTL-300 S1平臺，在高約650 km近地太陽同步軌道（SSO）能夠敏捷提供±45°的側擺能力，可實現(xiàn)多景、條帶、沿軌立體、跨軌立體和區(qū)域等5 種成像模式。衛(wèi)星搭載VHRI-100 成像儀，覆蓋寬度約24 km，可捕捉生成分辨率0.8 m 的全色影像和3.2 m分辨率的藍、綠、紅、近紅外多光譜影像。北京二號衛(wèi)星參數(shù)見表1所示。

表1 北京二號衛(wèi)星參數(shù)

3.影像解譯方法

河湖“四亂”問題的影像解譯有兩種方法，一種是人工目視識別解譯法，一種是計算機軟件解譯法。人工目視識別解譯法根據解譯人員對不同地物的識別，參照河湖“四亂”定義標準，對河湖“亂占、亂采、亂堆、亂建”問題進行識別。該方法要求解譯人員對地物的認知和識別經驗豐富，同等時間內人力資源消耗大，解譯誤差低。計算機軟件解譯法有兩種方式，一是基于遙感影像中不同地物的光譜特性和波普特性的ENVI 軟件自動識別解譯法，即ENVI 軟件根據地物對象的反射光譜和波普特性，制定“四亂”光譜參數(shù)、波譜特性參數(shù)等信息參數(shù)，利用ENVI 軟件自動判讀功能，按照制定參數(shù)信息，對河道管理范圍內的影像進行自動識別解譯并分類；二是AI 圖像自動識別解譯法，即利用計算機AI 技術，以采集的河湖“四亂”特征與定義標準建立的對比分析數(shù)據庫為基礎，通過圖像掃描設備模式識別圖像信息。這兩種方法識別效率高，但因地物的光譜特性和波普特性有交叉，且一些地物形狀輪廓、顏色較為接近，致使解譯準確率不高。

根據以上解譯方法建立河湖“四亂”問題數(shù)據庫，在實際應用中采用將ENVI 軟件自動識別解譯法、AI圖像自動識別解譯法與人工目視識別解譯法相結合的方式，建立“ENVI軟件+AI+目視識別”的影像識別解譯標準工作流程。

二、基于無人機和遙感技術的數(shù)據庫及應用

綜合比較，無人機和遙感技術具有直觀、客觀、方便、快捷、高效的特點，存在獲取周期短、可測量及定位、獲取信息豐富、易讀取處理、河湖全覆蓋等優(yōu)勢。利用無人機和遙感技術開展河湖長制監(jiān)管的應用實踐，已取得顯著成效。

1.基于遙感技術的河湖“四亂”疑似問題圖斑數(shù)據庫

為了能夠快速獲得河道管理范圍內河湖“四亂”問題，建立河湖監(jiān)管問題數(shù)據庫，綜合計算機軟件兩種解譯方法與人工目視識別解譯法，建立“一獲、二處、三解、四核”影像識別標志標準工作流程。

一獲：利用遙感技術獲取當年的河道高分遙感影像底圖。

二處：使用Arcgis 軟件將已完成劃界的河湖管理范圍矢量數(shù)據與底圖影像相疊加，裁剪出河道管理范圍內的遙感影像。

三解：將剪切的河道管理范圍遙感影像導入ENVI軟件，基于不同地物的光譜特性和波普特性，利用ENVI軟件自動識別功能進行影像解譯，并將成果進行數(shù)據化處理，提取問題點位圖斑圖像，按照行政區(qū)劃進行編碼，定義必要屬性信息，如地物類型、“四亂”分類、問題描述、坐標（經緯度）、所在行政區(qū)劃、所在河流名稱、底圖影像來源、解譯日期等信息，形成初步疑似問題圖斑清單。

將初步疑似問題圖斑清單導入AI自動識別軟件，對ENVI軟件解譯出的初步疑似問題圖斑清單成果進行對比解譯，并將成果進行數(shù)據化處理，提取同一疑似問題圖斑的地物類型、“四亂”分類、問題描述等信息，形成對比解譯問題清單。

四核：人工目視復核對比解譯問題清單。人工對上述兩種解譯成果進行目視識別解譯復核，對于上述解譯識別結論一致的疑似問題圖斑可快速瀏覽復核，對圖斑解譯結論不一致和無法識別的疑似問題圖斑則重點逐個復核并進行修正，最終建立河湖“四亂”疑似問題圖斑數(shù)據庫。

2.基于無人機技術的河湖“四亂”問題數(shù)據庫應用

為充分檢驗數(shù)據庫數(shù)據的準確性和合理性，將數(shù)據庫于黑龍江省河湖長制督查暗訪工作中進行實際應用，利用無人機技術進行現(xiàn)場核查校準。

（1）利用無人機暗訪核查河湖“四亂”疑似問題圖斑

基于遙感技術獲得的河道高分遙感影像底圖，將解譯的疑似問題圖斑和河道劃界矢量數(shù)據相疊加，通過“黑龍江省河湖長制督查暗訪整改系統(tǒng)”將圖斑下發(fā)至“河湖巡查通”手機App，利用無人機進行暗訪現(xiàn)場核查取證，排查 “四亂”問題，同時對排污口、水庫等其他問題進行核查。把無人機遙感正射影像與遙感影像進行疊加比對，進一步確定問題圖斑內容；查看同一位置不同時間影像中地物的變化情況，實時查看問題整改狀況和進度；也可作為問題整改佐證材料提交上級部門審核。

（2）利用無人機督查河湖“四亂”問題

河湖長督查中，以河湖“四亂”疑似問題圖斑數(shù)據庫為參考，利用無人機獲取河道高清視頻和航拍圖片，有效獲取“四亂”問題整改進度。無人機可有效獲得巡查對象的位置坐標、特征輪廓、正射全景圖像及視頻等數(shù)據，上傳至黑龍江省河湖長制督查暗訪整改系統(tǒng)，作為督查問題整改現(xiàn)場佐證材料或形成問題清單。利用無人機構建一體化監(jiān)管體系，為河湖長巡河提供高效、便捷、精準的科學手段，還能對重點整改目標和敏感區(qū)域實施常態(tài)化監(jiān)管，逐步完善全省河湖“四亂”問題數(shù)據庫。

運用遙感技術共解譯3 萬余個河湖“四亂”疑似問題圖斑，人工復核后采用2 萬余個疑似問題圖斑，并建立河湖“四亂”疑似問題圖斑數(shù)據庫。為支撐黑龍江省河湖管理和“清四亂”系列專項行動，在數(shù)據庫內2 萬余個疑似問題圖斑中抽取4776 個進行實地核查取證，確認存在問題圖斑2500 余個，解譯正確率在50%以上，極大地擴展了排查范圍，提高了工作效率和準確率。

三、結果與分析

為滿足黑龍江省河湖監(jiān)管工作要求，自2020年使用無人機技術和遙感技術以來，歷經4年實踐探索，實現(xiàn)了由人工提交報告到人—技—機—系統(tǒng)一體化智能化的轉變，解決了工作人員少、發(fā)現(xiàn)問題難、持續(xù)性跟蹤監(jiān)測問題整改難等問題，使得河湖監(jiān)管成效和效率有了極大的提高，河湖面貌發(fā)生歷史性改變，黑龍江省河湖長制工作連續(xù)三年獲得國務院督查激勵獎勵。

1.不同年份核查河湖“四亂”數(shù)據

全省河湖“四亂”數(shù)量在2019—2020年呈倍數(shù)增長，2020 年和2021 年接近持平，2022 年開始下降，河湖問題核查效率趨勢和數(shù)量變化趨勢一致。河湖“四亂”問題核查范圍從2019 年的57 個河（湖、庫）擴大至2022 年的262 個河（湖、庫），增長了3.6 倍。分析認為，為滿足黑龍江省河湖監(jiān)管工作要求，自2020 年開始使用無人機和遙感技術進行河湖問題巡查以來，河湖問題發(fā)現(xiàn)數(shù)量和問題監(jiān)管效率有了極大提升。2022年問題數(shù)量開始下降，原因是隨著河湖“四亂”問題不斷被整治清理，河湖岸線空間管控更加規(guī)范，河湖“四亂”問題越來越少，但核查效率仍高于2019 年。為積極響應黑龍江省總河湖長6 號令，在2022 年小微水體排查工作中使用無人機和遙感技術，在20 d 內解譯出60 余萬個疑似小微水體圖斑，人工復核后采納其中40 余萬個。

2.不同年份復核問題整改情況

復核問題整改銷號率從2019年到2022年逐年遞增，復核問題數(shù)量先逐年增加，在2022年有所下降。分析認為，問題整改銷號率從2019年的9.38%提高到2022年的68.04%，增長了6倍，無人機和遙感技術保證外業(yè)問題精準核查，極大促進了各地對河湖“四亂”問題清理整治銷號力度。問題整改銷號率從2021年至2022年增長十分緩慢，原因是居民生態(tài)環(huán)保意識和法律知識淡薄，致使部分河湖“四亂”問題“前治后亂”，如在河道管理范圍內堆放的農藥瓶、生活垃圾、化肥袋等剛剛清理整治，隨即又堆放；還存在河道管理范圍內村屯、廠房等歷史遺留問題，投入大、周期長，也是導致問題整改率增長緩慢的原因。

3.不同年份核查問題臺賬類型情況

河湖“四亂”問題涉及臺賬數(shù)量從2019 年的5 個到2022 年的10 個，增長了1 倍。分析認為，隨著無人機和遙感等高新技術與裝備使用，核查河湖“四亂”和水庫的兩方面5 個臺賬逐漸擴展到排污口、農村人居環(huán)境、涉河建設項目、水利部松遼委暗訪、省級暗訪督查等方面10個問題臺賬。河湖監(jiān)管領域逐漸擴大，進一步推進黑龍江省河湖監(jiān)管工作。

4.不同年份工作時間和行程情況

河湖問題核查工作時間從2019 年31 d 到2022 年的47 d，外業(yè)核查工作時間增長了16 d，里程數(shù)增長了7.7萬km。分析認為，隨著無人機和遙感技術的使用，在工作時間變化不大的基礎上，工作里程逐年增長，外業(yè)核查范圍從省級河湖逐漸向市（縣）級河湖、村級河湖和小微水體延伸，打通河湖管護“最后一公里”。

四、結 論