无人机在河湖“四乱”巡查中的应用

陈华涛　王展　刘永理

摘 要：在河南省南阳市政府实施“四水共治”战略、全面实施河长制的大背景下，南阳市开展河湖专项整治行动，在全市范围内河湖持续开展“地毯式清四乱、三污一净、打击河湖非法采砂”专项整治行动，实现河长制从“有实”向“有为”转变。利用无人机技术进行河道巡查，通过拍摄河道流域视频和重点区域照片，结合河道管理范围，可提取疑似乱占、乱采、乱堆以及乱建等信息，实现基于影像资料的信息化管理。该项技术的成功应用，得到了河道管理部门和水政执法部门的肯定，受到了主管河长的好评，为河道管理提供了宏观辅助决策支持。

关键词：无人机;河湖“四乱”;河道巡查

中图分类号：TV213.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）11-0076-03

Application of UAV in "Four Chaos" Patrol of Rivers and Lakes

CHEN Huatao1 WANG Zhan1 LIU Yongli2

（1. Nanyang Water Conservancy Construction Survey and Design Institute，Nanyang Henan 473000;2. Henan Lingjie Water Conservancy Survey， Design and Research Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473000）

Abstract： Under the background of Nanyang in Henan Province municipal government implementing the strategy of "four water co governance" and comprehensively implementing the "river length system". Nanyang has launched a special river and lake regulation campaign， in the city-wide rivers and lakes continued to carry out "carpet-cleaning four chaos， three pollution， one clean， combat illegal sand mining" special operations， to achieve the river system from "solid" to "promising" change. Using the technology of Unmanned Aerial Vehicle （UAV） to patrol the river course， by taking video of the river basin and photos of the key areas， combined with the river course management area， information such as suspected disorderly occupation， disorderly mining， disorderly piling and disorderly construction can be extracted， realization of information management based on image data. The successful application of this technology has been affirmed by the river management department and the water law enforcement department， praised by the river chief， and provided macro-aided decision support for river management.

Keywords： UAV;four chaos of river and lake;river patrol

1 项目背景

2020年4月，河南省南阳市河长制办公室印发《关于开展河湖专项整治行动》的通知，以实现深入贯彻“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念，深化“四制四化”工作模式，按照政府组织、河长牵头、部门联动以及分级负责的原则，坚持问题导向，集中整治河湖乱占、乱采、乱堆、乱建和入河排污口、黑臭水体等重点突出问题[1-2]。

南阳市位于河南省西南部、豫鄂陕三省交界处，独特的自然地貌孕育了丰富的水资源，地跨长江、淮河和黄河3大流域，境内有白河、唐河、淮河和丹江4大水系，流域面积30 km2以上的河道有266条。河流多处于山区，交通不便，依靠人工巡查工作强度大、效率低。尤其是一些河道位于山区，环境复杂，巡查车、巡查船不易或无法进入。此外，巡查过程中若发现违法违规问题，人视拍照无法全面采集违法行为作为佐证。

据统计，南阳市境内共有白河、三夹河、湍河、刁河、西赵河、丹江河、老鹳河、淇河、淮河、甘江河、泌阳河以及唐河12条河流，河流总长度为1 687 km，流域面积为39 100 km2。

2 项目任务

对南阳市域内白河、淮河、丹江和唐河4大水系12条流域面积1 000 km2以上的河流，每季度通過无人机航拍巡查一次，以分析河湖乱占、乱采、乱堆、乱建和入河排污口、黑臭水体等重点突出问题，全方位、无死角观察河道情况，排查河道是否存在非法采砂、侵占河道、河流污染等情况，辅助河长解决在巡河过程中因环境、时间限制而产生的巡河效率低、问题发现不全、溯源能力弱等问题。

3 航拍影像的应用

3.1 使用机型

“御”MAVIC 2 PRO/ZOOM是一款小型四旋翼航拍无人机，具有体积小、操作简单、能适应多种复杂环境的优点。它配置约5.8 cm（2.3英寸）CMOS，有效像素1 200万，最大照片尺寸5 472像素×3 648像素;最大飞行速度72 km/h，最大图传距离8 km，录像分辨率4K（3 840像素×2 160像素 24/25/30P），文件系统exFAT128G，飞行时间约31 min[3]。

3.2 飞行参数的设定

飞行参数的设定，如表1所示。拍照时锁定云台，启用连续自动对焦。飞行时同步高清照片，自动关闭机头指示灯，显示网格和中心点。

飞行前应提前规划好飞行路线，根据河道的弯度、起飞的高度、上一架次的重叠度确定起飞最佳位置，避免在建筑物、信号塔、高压线以及树下等复杂环境下起飞，以保证飞机失控后安全返航降落。飞行中注意无人机全球定位系统（Global Positioning System，GPS）信号、电量、位置、高度及外部环境如风速、风向、降雨等信息的变化，实时查看飞行器图传信息，注意周边环境。返航降落时避免自动返航降落，在视野范围内接管飞机遥控降落，提高飞行效率，降低自动降落的风险。降落后查看控制器的飞行数据是否正常，包括电池电量、储存空间等。执行飞行任务中要合理分配电池，确保无人机电池高效循环利用。此外，要检查内存卡容量，及时更换，防止因内存不足而无法存储。

3.3 视频资料的应用

该项目视频资料的整理分为两种：一种是利用PR（Premiere）视频剪辑软件去除重叠飞行、返航等多余视频，剪辑为全流域展现的完整视频，以方便河道问题的查找和全河巡查;另一种是利用AE（After Effect）视频合成软件将查找后的河道问题进行汇总、分析、分类、逐个展示，使河道问题更加清晰。

PR视频剪辑软件是Adobe公司开发的一款非线性视频编辑软件，支持混合格式，具有编码器较全、操作简便、无损渲染以及剪辑视频速度较快等特点。本项目使用Premiere Pro CC版本剪辑。通过PR软件剪辑去除重叠飞行、返航等多余视频，并加上河流信息和拍摄时间，剪辑为全流域展现的完整视频，以方便河道问题的查找和全河巡查。

After Effect简称AE，是Adobe公司开发的一个视频合成及设计软件，是制作动态影像不可或缺的辅助工具，是视频后期合成处理的专业非线性编辑软件，应用范围广泛。本项目利用该软件将汇总的河道问题分类、逐个动态展示，并配合字幕，使河道问题更加清晰直观[4-6]，如图1和图2所示。

3.4 图片资料的应用

该项目利用无人机拍摄的图片，直观显示河道存在的问题，支持照片尺寸5 472像素×3 648像素，与卫星、摄像机拍摄照片相比更有优势。如图3所示，放大裁剪后的图片，依据河道确权划界、一河一策以及“四乱问题”的分类等，清晰可见河道的河湖污染、排污口、水域污染区域、水面漂浮物、非法占用水域、围垦河道、非法采砂以及乱建等信息，可为河长全面掌握管辖范围内河湖水环境和执法监管提供实时的影像证据。

3.5 结合卫星地图的应用

唐河县三夹河在河道“四乱”巡查中，利用无人机拍摄的视频发现河道中存在的问题，与奥维、大地图等卫星影像地图软件结合，提取事件坐标，与县区、乡镇、村界、河流起点、终点位置以及边界等信息比对，进行事件的分类汇总，详见图4，使得河道问题与河长制的河长网格化管理实现了事件追踪有据、落实到人。

4 结论

在南阳市域1 000 km2以上的河道“四乱”巡查中应用无人机航拍技术，提供了实时影像证据，克服了人工巡查河道范围广、地形复杂、取证困难等问题，可全方位掌握河域现状，规避可能发生的风险，降低巡河难度，缩短巡河时间，节约了人力、物力和财力，提高了巡河治河效率。通过影像资料的分析，清晰可见河道存在的河湖污染、排污口、水域污染区域、水面漂浮物、非法占用水域、围垦河道、非法采砂以及乱建等问题，为河长全面掌握管辖范围内河湖水环境和执法监管提供了实时影像证据，扎实推进了全市范围内河湖持续开展“地毯式清四乱、三污一净、打击河湖非法采砂”专项整治行动的工作，推动了河长制从“有名”向“有实”的转变，为实现“河畅水清、岸绿景美、人水和谐”的水美新南阳提供了技术支撑。

参考文献：

[1]鄂竟平调研广州河长制及河湖“清四乱”工作[J].中国水利，2019（10）：4.

[2]骆延青.无人机航测技术在“河长制”中的应用[J].大众标准化，2020（6）：148.

[3]范振伟.无人机遥感技术在河长制工作中的应用：以苦水河盐池县惠安堡镇河段为例[J].现代农业科技，2019（12）：205-206.

[4]邹秀清，罗得寸，林平，等.基于区块链的河长制水质信息存证系统[J].应用科学学报，2020（1）：65-80.

[5]李雪瑞，魏征，田松，等.無人机技术在海岛测绘中的应用[J].测绘通报，2020（1）：53-56.

[6]张瑜洪，付健.全力开展河湖“清四乱”推动河长制从“有名”到“有实”：访水利部河湖管理司司长、部河长办主任祖雷鸣[J].中国水利，2018（24）：17-19.