浅谈无人机等先进技术在水土保持设施验收技术评估中的应用

陈知送

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)



浅谈无人机等先进技术在水土保持设施验收技术评估中的应用

陈知送

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)

水土保持设施验收技术评估是水行政主管部门作出水土保持设施验收审批决定的技术支撑和基本依据,新形势新政策下技术评估单位应采用先进的技术评估方法,对工程现场做出合理准确的评价。该文通过介绍无人机遥感等先进技术在水土保持设施验收技术评估中的应用,为现场评估核查提供借鉴。

水土保持；技术评估；无人机技术

根据《国务院关于第一批清理规范89项国务院部门行政审批中介服务事项的决定》(国发〔2015〕58号)精神,2015年11月,水利部办公厅以《关于贯彻落实国发〔2015〕58号文件进一步做好水土保持行政审批工作的通知》(办水保〔2015〕247号)明确要求,2016年6月30日以后水利部批复水土保持方案的生产建设项目,建设单位不再提交水土保持设施验收技术评估报告,改由水利部通过政府购买服务方式委托有关机构开展技术评估。新时期政策调整对水土保持设施验收技术评估提出了更高要求,不仅要在行政许可规定的时间内(15个工作日)完成现场核查,同时还要承担后续风险连带责任。由于传统测量、调查工具难以在短期内完成大面积、长距离项目核查工作,评估现场核查作为评估程序中的重要技术环节更具难度。

1 现阶段技术评估工作主要内容

根据水利部司局函《关于印发<水利部水土保持设施验收技术评估工作要点(试行)>的通知》(水保监便字〔2015〕第187号)文件要求,新时期生产建设项目水土保持设施验收技术评估的内容主要包括对生产建设单位履行水土保持法定程序情况的评估、对生产建设项目水土流失防治任务完成情况的评估和对生产建设单位水土保持组织管理情况的评估。

1.1 生产建设单位履行水土保持法定程序评估

通过收集查阅资料、档案、文件等,与相关法律法规、技术标准等进行核对,对生产建设单位履行水土保持法定义务和组织管理情况进行评估,对水土保持设施自验报告、监测报告等验收申请材料和相关资料进行评价,并给出明确结论,主要包括水土保持方案编制、水土保持后续设计、水土保持方案和措施变更、水土保持监测监理工作、水土保持补偿费缴纳情况等。

1.2 生产建设项目水土流失防治任务完成情况评估

通过查阅资料、现场核查,核实工程现场水土流失防治责任范围、弃渣取料场、水土保持措施体系和总体布局、水土保持设施完成情况、水土保持工程质量、水土流失防治效果等。

1.3 生产建设单位水土保持组织管理情况评估

通过收集查阅核对资料、档案、文件等,对工程水土保持工作组织、水行政主管部门监督检查意见落实情况、水土保持设施自验、水土保持设施运行管护、水土保持设施验收申请材料和相关资料等情况进行评估。

2 评估核查常用方法及缺点

技术评估的主要对象为批复的水土保持方案及其设计文件确定的水土保持工程措施、植物措施和临时措施,同时对主体工程的水土保持功能进行评价或提出要求。评估核查主要调查水土保持方案报告书中划分的防治分区,详细调查各防治分区中各项水土保持工程措施和植物措施的实施及运行情况,特别是对弃渣取料场、施工临时设施、涉水敏感设施的调查。

2.1 外业核查常用方法

工程措施、植物措施均以实地调查和查阅资料相结合的方法进行评估。工程措施以实地测量和典型调查法为主,工程的外观质量和几何尺寸一般采用目视检查和皮尺(或钢卷尺)测量,必要时可采用GPS、经纬仪或全站仪测量。植物措施以样方测量和面积推算法为主,主要依据《造林技术规程》和《水土保持综合治理验收规范》确定植物措施核查样方,必要时可对覆土厚度、穴坑尺寸等做探坑、挖掘检查。与此同时,查阅水土保持方案报告书及其批复文件等相关资料,对工程水土保持设施实施情况进行摸底调查,是客观、科学作出技术评估的必要环节。

临时措施大部分在技术评估阶段已不存在,应以施工、监理监测等单位的记录和调查统计为主(应有施工期影像资料印证)临时措施主要是内业资料核查,根据设计、监理、监测资料以及施工期间的影像资料等进行调查,复核临时防护措施的实施情况。

2.2 核查比例要求

占地面积不小于5 hm2或土石方量不小于5万m3的大中型弃渣场或取土场的防护设施；工程投资不小于1万元的穿(跨)越工程及临河建筑物；占地1 hm2及以上的园林绿化工程等作为重要单位工程,重点核查。重点评估范围应为主体工程取土(料)场、弃土(渣)场、施工便道等临时设施的占地范围。具体要求如下：

①重点评估范围内的单位工程查勘比例应达到50%；其中对扰动强度较强项目的分部工程抽查核实比例应达到50%。

②对其他评估范围内的单位工程查勘比例及其分部工程抽查核实比例均应达到30%。

③对重要单位工程查勘比例及其分部工程抽查核实比例均应达到80%。对重要单位工程,将全面核查工程措施的外观质量,并对关键部位的几何尺寸进行测量；全面核查植物措施生长状况(完成率、成活率和保存率)和林草植被种植面积；检查水土流失防治效果等。

④线型建设项目的分部工程抽查核实比例,还应按照不同地貌类型或不同侵蚀类型分别确定,山区适应增加。

⑤对大型取弃渣料场做到100%的现场核查。

2.3 常用方法缺点

工程措施核查常用方法是对工程外观质量、几何尺寸采用目视和皮尺测量,植物措施核查以样方测量和面积推算为主,这些方法对于地形复杂、人工及车辆无法到达区域则难开展,如高山区输变电工程塔基、大型弃渣场等。同时,对于线路较长、弃渣取料场多的线性工程,仅仅通过人工目测或测量几乎无法按时(15个工作日)完成技术评估任务。因此,无人机遥感等先进技术是水土保持设施验收技术评估工作方法和手段的创新,不仅能减轻对大面积或线型工程现场核查时的外业工作量,轻松获取人员及车辆难以甚至无法到达的区域清晰的航拍影像,还能更真实、更直观地反应工程建设期所造成的水土流失状况、强度及分布情况。通过对弃渣场、取土场等重点敏感控制点进行空间插值获得DEM,能够详细分析比对弃渣量或取土量的变化情况等。此外,无人机还具有运用灵活、成本低等特点。

3 先进技术应用

3.1 无人机遥感技术

无人机遥感即是利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术,实现自动化、智能化、专用化快速获取空间遥感信息,完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机遥感是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的不载人飞行器。无人机作为空中遥感平台的微型遥感技术,其特点是:以无人机为空中平台,遥感传感器获取信息,用计算机对图像信息进行处理,并按照一定精度要求建立数据模型及数据库,为获取遥感区域相关信息提供平台。

水土保持措施工程量调查中,工程措施可直接利用无人机高分辨率影像在地理信息系统中矢量勾绘,得出具体面积或长度,需要折算为浆砌石砌筑量或土方开发量的措施则需要配合现场断面量测获取；同时从无人机高分影像中对外观质量情况以及运行情况进行基本的判定,必要时可以现场观测给予补充。如图1航片,可轻松获取渣场面积、渣体坡度、侵蚀沟长度、浆砌石挡墙长度和植物措施面积等信息。

图1 国内某高速公路弃渣场原始航片

对于水土保持植物措施,可在阴天或多云情况下用红外波段和红光波段的影像进行植被覆盖提取,将植被覆盖按照防治分区裁切后得出各区块的绿化面积。水土保持措施布局的评估可以通过矢量化无人机遥感影像与方案报告图纸对照,观察其变化情况,可以得出相应的数量和位置变化情况；同时重点核查的渣场位置和数量变化情况可以直接提取与方案设置的弃渣场情况表进行对照,对于渣场容量可以采用无人机DEM提取获取现有渣场堆放数量和面积,进行变化对照详细分析。防治效果的六大指标确认,多以植被、硬化、水体、复耕等几种地表现状的对照,先利用遥感将各个图斑的地表组成数据按防治分区进行统计,然后直接得出各个指标。如图2航片,可轻松获取机场各功能区域面积、植物措施面积、排水措施工程量、硬化面积等信息。

图2 国内某机场遥感成果

3.1.1 无人机遥感调查目的

通过使用无人机对开发建设项目施工区域进行遥感调查,可以快速获得项目区水土流失状况、水土保持设施实施和运行状况,以提高开发建设项目水土保持技术评估工作的效率、精度及自动化程度。

3.1.2 遥感调查工作流程

遥感调查工作流程分为外业和内业工作。

1) 外业工作

外业实地考察选择外业作业区域,观察外业作业区域的地形、地貌等概况。

选择起飞场地：一般选用微型电动无人机,场地要求低,不需要跑道,不需要弹射架,只需手抛起飞就可以,地形限制几乎不用考虑。无人机地面控制台见图3。

图3 无人机地面控制台

航线规划：在所需飞行的航线区域布设控制点,通过远程遥控装置控制无人机按照指定航线进行飞行。无人机航线规划要根据当天的气象条件进行飞行,设计航线时尽量逆风或顺风飞,不要侧风飞,以便于航线控制。低空空域飞行不涉及航空管制等问题,且遥感飞行点位设置不涉及城市中心、机场等敏感区域。

飞行作业：根据设计的航线进行飞行作业,利用无人机携带的高清数码相机进行低空拍摄,获取施工区沿线高清数码影像信息。

采集地面控制点：采用高精度的RTK对飞行区域进行GPS点采集,便于后期影响信息的成图达到所需要求,满足水土保持遥感调查要求。

2) 内业工作

① 将获取的影像信息进行空间三维结算,得到DEM(数字地面高程)。

② 根据DEM(数字地面高程)成果,得到项目区内坡度,坡向等信息。

③ 对图像进行正射纠正,得到DOM(正射影像)。

④ 对单张DOM影像进行拼接,获取工程沿线遥感影响信息。

⑤ 根据遥感影像成果,结合水土保持工作实际,提取植项目区被覆盖度、扰动土地面积、项目区水土流失状况和水土保持措施完成情况等信息。

3.2 现场核查辅助APP

在开展现场验收评估核查时,受现场地形条件、气候环境及人为因素影响,往往难以将工程现场,特别是线性工程全线进行详细查勘。如对铁路项目开展现场核查时,常常会遇到部分通往山区渣场的施工便道受线路通车试运行影响而被阻隔的情况,致使现场核查难以开展。此时需借助Google earth卫星或无人机影像等作为现场核查的补充手段。在现场核查前,可借助影像资料初步筛选有问题的渣场(如缺失防护措施)并重点查勘,还可以对不符合防治标准的地块的大致分布及主导因素等做出初步预判,提前通过内部策划形成工程现场完善措施意见。在现场核查时与相关参建单位就评估意见进行交底,以提高工作效率和评估意见反馈的针对性。同时,对线路长、渣料场数量众多的线性工程开展现场核查时,时常会遇到现场核查点位、图纸点位、拍摄照片等方面的问题,此时可利用诸如GPS2Googleearth、OruxMaps、OvitalMap等定位APP软件,将现场核查的时间、空间位置及核查线路等进行实时记录,以提高评估核查内业和外业的工作效率和准确度。

1) OvitalMap APP软件

利用OvitalMap辅助现场核查,可导航、记录、定位、查看高程数据、测量地块面积,使用界面如图4所示。

图4 OvitalMap使用截图

2) OruxMaps与GPS2Googleearth APP软件

OruxMaps与GPS2Googleearth记录、保存导入航迹、航点并统计相关信息,提供校准功能,同时创建KML航迹导入Google Earth,直观反应现场情况,使用界面如图5所示。

图5 OruxMaps使用截图

4 结语

随着科学技术的飞速发展,越来越多智能化、便捷化和高精度化的新技术被应用到水土保持工作中来。近年来笔者通过应用无人机遥感等技术对20余个项目进行评估,深感无人机遥感、现场核查辅助APP软件等先进技术相比传统核查评估方式有着更大的优势,大大提高了现场核查评估的精度和效率,更加适应新时期水土保持设施验收评估工作的需要。

可以说,无人机遥感技术在水土保持设施验收评估工作中具有广阔深远的发展空间和应用前景。

[1] 国务院.关于第一批清理规范89项国务院部门行政审批中介服务事项的决定：国发〔2015〕58号[A].2015-10-15.

[2] 水利部办公厅.关于贯彻落实国发〔2015〕58号文件进一步做好水土保持行政审批工作的通知：办水保〔2015〕247号[A].2015-11-20.

[3] 关于印发《水利部水土保持设施验收技术评估工作要点(试行)》的通知：水保监便字〔2015〕第187号[A].2015-12-08.

(本文责任编辑 马克俊)

Application of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) Advanced Technology to Water and Soil Conservation Facilities Acceptance Technology Assessment

CHEN Zhisong

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute，Guangzhou510635，China)

Soil and water conservation facilities acceptance technology assessment is the technical support and the fundamental basis for the water conservancy administrative department to make approval decision advanced technology assessment methods should be adopted to technology assessments under the new situation new policy unit, to make reasonable accurate engineering in the field. In this paper, advanced technology such as UAV remote sensing is adopted in soil and water conservation facilities acceptance technology assessment, providing good assessment method for reference for local verification.

Soil and water conservation; Technology assessment; Unmanned aerial vehicle (uav) technology

2016-02-22;

2016-03-13

陈知送(1985),男,硕士,工程师,从事水土保持及生态恢复等方面研究。

TP79；S157

B

1008-0112(2016)02-0043-04