航空摄影及遥感技术在移民监督评估中的应用

王国强，于晋轲

（1.水利部水利水电规划设计总院，北京100120；2.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南郑州450003）

随着大规模水利水电工程的建设，移民工程的发展进入了新时代，它是一项庞大的系统工程，也是水利水电工程建设的重要组成部分。移民监督评估单位作为独立的第三方机构，在建设征地移民安置实施过程中对工程整体的建设控制起到了关键作用。

传统的移民监督评估工作往往基于定点与巡回相结合的方式，采用走访座谈、检查核查、抽样调查、统计分析、查阅资料、实际测量等方法，对建设征地和移民安置的实施情况进行检查和评价。同时，行业内相关单位都在积极探索并建设符合自身业务需求的信息化系统。但是，目前部分信息化系统存在效率低下、新技术应用滞后等问题，尤其是在工程进度控制方面。随着移民工作要求不断提高，传统的信息系统已很难满足当前的工作需要。近年来航空摄影及遥感技术发展迅速，已在多行业、多领域得到广泛应用，为此，针对现阶段移民监督评估工作的实际情况和存在的问题，本文提出将航空摄影及遥感技术应用于移民监督评估工作的技术解决方案，以期解决相关问题。

1 移民监督评估的主要工作内容

在实施过程中，移民监督评估单位要能够对计划的移民安置进度、投资、质量、安全及移民生产生活水平进行监督评估，尽早发现实施项目中存在的问题，减少失误，独立、公正地协调好各方关系，促进移民安置项目顺利实施。

（1）对征地移民各类项目的进度管理，主要工作任务是监督检查移民安置实施项目是否严格按照下达的计划要求开展工作，其中建设征地征收进度和安置点建设进度是重点控制的两项内容。当实施进度未能按照预定计划完成时，应对滞后情况提出监督评估意见，及时报告业主委托方并研究提出整改建议，同时参与和协调解决实施中出现的问题，做到移民安置实施按拟定目标计划进行，尤其对移民安置点的建设、征地拆迁及专业项目的建设等制约工程建设进度关键项目的建设进度，应做到实时监测，掌握第一手资料，评估项目实施进度，做好进度控制。

（2）对移民局等资金实施单位资金兑付使用情况的跟踪检查，分月度、季度和年度对各单项移民项目资金使用情况编制监督评估报告。当实施单位报送的资金报表与计划投资情况不相符时，提出监督评估意见并形成报告上报于业主方，最终协助各方完成移民安置每阶段资金统计报表，确保知悉每部分资金的出处，做到有理有据。

（3）质量监督控制包括对实施单位提供的征地移民实施量进行监督、移民工程建设实施及移民生产生活水平质量控制和各项验收工作质量控制等。以批复的初设及实施规划报告文件等为依据，跟踪各项工程实施情况，抽样或旁站进行检查，若发现质量问题，则应随时拍照或录像记录，提出意见，及时报告业主委托方。

（4）移民搬迁前后生产、生活、收入、就业等水平的比较分析是工程建设的一个重要环节，关乎到水利工程建设的声誉，应对搬迁后的移民生产、生活条件进行抽样监测跟踪，多因素客观分析评估搬迁后移民的实际生活情况，对移民搬迁后存在的问题及时提出建议并总结上报。

2 航空摄影及遥感技术

航空摄影及遥感技术是测绘领域近些年获取基础数据较为常用的一项技术，它将多台高分辨率相机和各类传感器搭载在飞行平台上（一般为旋翼或固定翼无人机），通过动态调整无人机飞行高度、飞行姿态等，实现不同视角动态采集监测对象表面模型数据及其他非RGB波段的信息。

对于移民实施过程中建设征地、库底清理和专业项目建设3种场景，主要是利用无人机影像进行地物的分割、分类和识别，一种是利用光谱信息计算地物指数构建分类特征，结合人工解译方法实现地表区域的识别；二是采用图像增强和纹理滤波的方法，挖掘影像结构和纹理等信息，对各类地表地物进行识别[1]。本文利用航空摄影及遥感技术获取的影像数据目前只有红、绿、蓝3种波段的可见光影像，需要借助RGB色彩信息并结合纹理滤波和色彩增强技术，首先进行影像分割（分割大小可自由设置，分割越小数据量越大），然后人工筛选确定分类特征并建立样本，进而使用机器学习算法进行样本训练和优化，最终获得分类后的影像结果。分割后的土地图斑在高分影像上的光谱特征比较丰富，在基于深度学习算法神经网络和支持向量机进行影像分类时，加入影像的形状、阴影、纹理空间特征以及亮度、色调等影像波谱信息，可形成非线性模型映射的多元异构层的深度学习网络。

影像的异构性F包含了波谱信息和空间特征两方面，其计算公式为

式中：g（0≤g≤1）为波谱特征异构性的权值；x为波谱特征异构性；y为空间特征异构性。

x、y的计算公式分别为

式中：ρi为第i影像层的权值；σi为第i影像层光谱值的标准差；w（0≤w≤1）为影像整体的紧密度所占权值；u为影像整体的紧密度；v为影像图斑边界的拓扑合理准确度。

u、v的计算公式分别为

式中：E为影像图斑边界的实际长度；N为影像的像元总数；L为影像图斑的边界总长度。

对于安置点建设进度监管，利用无人机搭载高清摄像平台采集原始影像数据，该数据包括GNSS位置信息、相机角度修正信息、多角度综合记录信息等，当原始数据采集后，利用相机参数、航片、GNSS信息等一一对应的关系建立航片之间的关系，然后利用Skyline Photomesh软件对其进行处理，由航片拼接—关键点—空中三角测量加密—白模制作—纹理贴图—最终导出结果的步骤得到可使用的基础倾斜三维实景模型，区域整体三维建模方法见图1。

图1 区域整体三维建模方法

3 动态监管的应用

航空摄影及遥感技术在移民监督评估中的应用集中体现在对移民项目实施进度控制，首先根据各场景需求获取航空摄影图像、遥感卫片及其他辅助资料，然后对各待监测分析的对象进行单独分析。以技施阶段安置点的施工图设计成果为例，利用相关技术对相关设计成果进行建模；对征地范围内的不同地类、植被、构（建）筑物以及专业项目实施中不同材料的遥感波段特性进行分析统计判断，进而得到待监测对象的状态，从而实现对各场景的监管应用。

3.1 建设征地及库底清理进度控制

以建设征地处理范围内的不同地类、植被、构（建）筑物的波段分析成果为基础，通过航空摄影及遥感，利用建设征地处理范围内不同监测对象的波段显示差异，检查每个征地区域边界，自动分析征地拆迁及库底清理的实施进度，并根据分析成果统计实施面积，实现建设征地拆迁、清表及库底清理的动态进度监测。

此外，对设计提供的农村实物调查成果进行内外业质量检查也是移民监督评估的工作之一，必须对提交的成果进行质量检查、图斑属性一致性检查、图斑边界检查和属性正确性检查，确保农村实物调查成果的真实性和准确性。该项检查可以把航飞影像和遥感影像作为底图，通过影像的自动解译判断分析，分类得到建设征地处理范围内所有地物的范围及属性，进而与提交成果进行比较分析，从而完成对成果的检查判断，检查判断实例见图2。

图2 影像解译成果与提交成果对比

3.2 安置点建设进度控制

基于倾斜摄影测量技术，以建立的安置点建筑物表面模型为基础，在实施过程中对不同时段的安置点建设现场进行航空摄影测量，获取丰富的影像数据，并利用三维轻量化建模处理技术生成倾斜三维实景模型体。将CAD设计图纸或GIS图与倾斜三维模型进行三维空间体的叠加分析，对每个建筑物进行剥离形成单体；当确定单个单体后，获取单体表面的所有三维点坐标信息，分析大量点的坐标信息并计算建筑物模型单体的面积及高度等属性信息，比对水平面与建筑物当前建设高程，从而判断不同时期的安置点单体建设进度情况，最终获取整体的建设情况，自动判别生成进度报表文档，最终实现对安置点建设进度的动态监测与监管。安置点建设进度的双屏对比效果见图3。

图3 不同日期安置点建设进度判断比较

3.3 专业项目建设进度控制

专业项目中的道路及桥梁类工程进度智慧监管主要基于二维航飞或遥感影像数据，采用计算机视觉技术和机器学习算法对影像进行自动分割提取，判断各个影像分割块的状态，进而得出整个施工路段的施工状态。以专业项目中的道路类工程为例，在道路施工过程中，通过无人机对整个工程区进行航飞来获取二维影像图，基于道路建设工序（路基—水稳层—路面）以及不同工序中施工材料的波段特性不同，利用影像解译处理手段提取影像专题要素，自动分析建设工序阶段及进度，分辨出当前道路所属施工阶段，并分析统计各阶段建设长度及施工工程量，实现道路类移民工程的进度动态监测，见图4（图4中红色部分为泥质砂砾路段，还未建设完成，绿色部分为已铺设柏油路段）。

图4 道路类移民工程施工进度判断

4 结 语

征地移民安置问题作为水利水电工程建设中最主要的问题之一，其实施进度及推进程度直接影响着控制水位选择、项目投资规模、建设周期等，有时甚至可能制约工程立项。移民监督评估单位作为项目业主的技术服务单位，必须积极主动地采用新技术、新手段，以便更好地履行自己的职责和责任。充分发挥信息化的作用，跨学科结合应用相关专业技术和数学模型算法，将这些先进的技术应用于移民监督评估工作中，不仅响应了2018年在山东东平召开的全国水库移民工作会议关于加强信息化建设和统计工作的要求，还可以大幅提高监督评估工作质量，进一步保障水利水电工程移民安置工作的顺利进行，全面提高监督评估工作服务质量。

目前利用本文所述的相关技术开发的移民管理信息云平台已在水利部172项节水供水重大水利工程部分项目中开展应用，涉及华北、华南、西南等区域的不同项目，得到了项目业主的广泛好评。