基于政府、乡村和无人机巡检公司三方联动河道治理模式的设计*

肖昌亮 ， 阮汝泓

（浙江树人大学，浙江 杭州 310000）

在治理河道方面，相对于传统的行人、行车或行船测量技术，无人机在水资源保护、水域岸线管理、水污染防治、水环境治理等方面的应用越来越广泛，并在侵占河道、违规捕鱼、围垦湖泊、超标排污、非法采砂、破坏航道、非法捕捞等突出问题上发挥着重要的作用。无人机技术的应用不仅大量节省了监管的时间成本、人工成本，监测效果也更加全面高效。但是就目前无人机在河道监测系统的运用情况来看，由于采用手动起飞、采集图像、事后处理、人工标注的基本流程，其存在监测效率较低、自动化程度不高、可推广性不强等问题。为了促进无人机在河道监测领域的进一步应用，提升无人机巡检的工作效率，本研究对当前乡村河道治理的众多问题进行深入的调研与分析，探析基于高效率的河道治理新模式，并结合团队的数据处理能力和对无人机自动巡检河道技术的充分了解，提出基于政府、乡村和无人机巡检公司三方联动治理模式的设计。

1 市场调研现状

为实地探寻农村河道管护情况，了解地方政府的河道管控政策，以及目前无人机巡检技术在河道巡检中的应用情况，项目小组通过桌面研究和实地走访等形式开展调研活动。首先通过网络收集各类相关信息，对农村河道管护问题、河道监管方式以及无人机巡航技术等进行桌面研究，做到心中有数。然后实地走访了以“三桥四水”著称的绍兴市柯桥区及其所辖部分乡镇，了解当地的河道情况、地方政府的河道监管措施，并通过实地考察、问卷调查、访谈交流等形式，完成本次调研工作，深化了桌面研究结果。最后，通过无人机技术的桌面研究，以及与无人机制造企业的沟通与合作，探寻可行的无人机河道巡航数字化平台建设与实施方案。

1.1 河道巡检方式对比分析

全自动无人机巡检，通过全自动飞行系统可以实现24 h待命获取低空数据，对基础设施执行完全自主的监测、安全和应急响应任务，提升效率的同时最大限度地降低风险和成本。为监控中心提供实时高清视频，自动识别异常目标，并生成任务监测报告。

从表1可以看出，全自动无人机的巡检速率最高，与人工飞无人机巡检相比，解决了需要飞手操控的成本问题，同时避免了无人机炸机、失联等问题；与巡逻船巡检相比，巡检速率更高，无需人为操作，而且可以通过对无人机的远程操控，离开水域范围进行河道问题的溯源排查与跟踪。

表1 三种巡检方式对比

1.2 乡村河道现状

柯桥区有村级河道600多条，分布广泛，支流众多，情况复杂多样。项目小组对绍兴市柯桥区部分乡村进行实地走访调查后，发现柯桥乡村的河道情况由大量中小型河流支流及众多的人工渠道和排沟组成。河道主要存在以下几方面的问题。

1）防洪能力不足，雨季存在安全隐患。由于不科学的城镇开发、乡村道路建设、经济作物扩种等因素导致柯桥区的部分河道变窄。同时，维修经费有限，部分河岸坍塌、河道淤积造成河道行洪标准偏低等问题，使得柯桥区河道存在一定的防洪安全隐患。

2）河道附近印染企业需要实时监督。柯桥区城乡河道附近印染企业较多，存在小型分散的工业废水无序排入河道的问题。为防止不良企业对废水偷排偷放，印染排污是河桥河道巡查的重要工作。

3）垃圾乱堆乱放，水体污染及生态退化现象依然存在[1]。在农村一些地方，生活污水无序排入河道，连同河道周边的弃置垃圾，使得农业污染不断加重，河流污染物总量增多。柯桥区属于平原地区，其地势低洼平坦，水体流动性差，许多河道污染物突出，存在富营养化状况。因污染物的持续增加和水体流动性差，而水体自净能力又有限等原因，柯桥区部分水域水体污染及生态退化现象依然存在。局部水域自然环境遭到毁坏，沿河居民的生产生活用水来源无法得到保障，人居生活环保质量低下。在浙江省“五水共治”的背景下，城镇河道虽然得到了有效治理，但农村河道缺乏高效的治理手段和管护措施，功能衰退和环境恶化的状况较严重，亟待开展综合整治。

1.3 乡村地区治理现状

1）河道综合治理规划不够。从走访调研情况来看，许多乡村河流缺乏系统的综合治理规划。一些现有的水利工程计划和城乡河道综合治理计划，虽然包含一些乡村地区河流综合治理的规划，但对水环境、生态建设综合治理缺乏具体的目标导向和实用的综合治理措施，治理效果不明显。

2）资金投入有限。河道治理需要从源头抓起，需要从源头解决污染源、对现有污染问题进行处理，并做好河道的日常监管工作。但由于治理资金的投入有限，村庄河道水质整改落后。

3）河道管护机制不健全。农村河道管护主体在基层，但由于农村相邻河道地域面积广，村落分布零散，大多数地方管护机制不健全，乡镇水利管理人员少，力量薄弱，管理经费不足，且河道治理涉及部门较多，互相之间的沟通不便，导致工作落实不到位，对于企业排污、生活垃圾弃置等问题不能监管到位，无法根治河道环境问题。

2 三方联动的需求分析

2.1 政府生态环境建设规划与监管的需求

随着我国经济社会的快速发展和社会主义新农村建设的不断深入，广大农民的生产和生活水平不断提高，对乡村河流治理的需求也越来越强烈。国家“十四五”规划纲要要求“十四五”时期生态文明建设实现新进步。乡村振兴是实现农业农村现代化的重要手段，满足产业兴旺、生态宜居、乡风文明、治理有效、生活富裕的发展总目标[2]，生态环境部发布的环法规〔2021〕107号文件指出，“面对新形势新任务，全国生态环境部门应当提升用最严格制度最严密法治保护生态环境的意识和能力，推动生态环境领域依法行政，深入推进依法治污。”针对农村地域面积广、农村人口分布零散、河道监管资金有限、河道监控能力薄弱等问题，需要通过新技术、新机制、新模式以提升农村河道的污染防治与监管能力。乡村振兴要坚持人人尽责、人人享有，按照抓重点、补短板、强弱项的要求，围绕农民群众最关心、最直接、最现实的利益问题，把乡村建设成为幸福美丽新家园[3]。

2.2 乡村管护机制与成本的需求

一方面，乡村河流没有科学的管理制度，使得乡村河流逐渐遭到冲刷、阻塞，甚至河道水体遭到严重污染。包括沿河的工业企业随意设有排污口，生产废水未经管理直接进入河道，非法捕捞活动时有出现，但不能有效发现和遏制。同时乡村的河道数量众多，分布广泛，支流道窄且密集，治理难度高、需求大，往往需要大量人力、物力的投入。同时，治理河道是一个漫长且持续的过程，长期的人力、物力投入将消耗大量经费，乡村河道治理工作开展亟需一种低成本而高效的治理方式。因此，部分乡村河道的管理层会陷入“心有余而力不足”的境地。另一方面，河道治理与政府的链接会涉及水利、环保、规划、园林、市政、建管等多个部门。因此，项目组将在实地调研后，帮助乡村引进无人机巡检技术，使用全自动无人机的巡检方式，代替耗费时间和经费的人力巡查或船只巡检。全自动化无人机能够对指定河段进行实时监测，发现河道存在的问题，平台同时将数据整合给政府各个部门，并帮助乡村与政府形成链接且开展河道治理工作。

2.3 无人机全自动巡航企业的需求

无人机全自动巡航企业致力于无人机巡航系统的开发。相关企业拥有成熟的全自动飞行无人机巡查技术。为了提升河道巡查的效率与质量，经过多方考量，选用经济实惠的无人机河道巡查系统，验证其河道巡查效果。进行了无人机河道巡查实验，通过地面站、图像处理技术、无人机等设备与技术，实现实时获取河道信息，及时展现河道的污染情况，监测中心从而可制定合理的水污染治理措施[4]。但由于无人机目前受到国家可飞行范围要求和某些特殊地理环境的限制，同时，可采集的信息变量要素和数据质量还有很大的提升空间，因此还需深入研究更适合河道巡查的无人机巡查系统，不断完善无人机巡查系统，为环境治理工作提供更加先进的技术[5]。

3 设计实现的路径

本设计致力于通过无人机巡航系统实现乡村河道的数字化管护与治理效果的实时监测等功能。

1）先从政府获取河道相关数据，再以村为单位对河道进行实地考察观测，将得到的各项数据整理分类，打造概念模型和河道地图数据模型，然后制作无人机巡检方案，并将方案提供给无人机全自动巡检公司。待无人机巡检结束后，将无人机巡检数据、政府数据、实地考察数据整合归纳，最后将整合后的数据通过平台提交给政府并协助政府治理河道。

2）本设计充分体现了团队的实践能力、数据处理能力以及对于无人机自动巡检河道技术的研究能力，并与已有成熟无人机检测技术的公司合作，为企业和政府提供有效数据，一同合作展开对河道的治理。

3）本设计从柯桥区钱清街道的河道治理防控需求出发，旨在改善柯桥区各乡镇区域的水环境。未来将扩大范围，对绍兴各乡镇水域逐步开展可行性调研以及数据采集与分析工作。同时，本研究所建立的无人机检测系统数字平台，也可以帮助政府机关实时看到各项目的相关数据和治理任务进展[6]。

4）本设计将当地政府、乡村以及无人机巡检公司三方紧密联系起来，搭建一个联系三方的合作平台，为当地政府生态环境建设规划与监管、乡村河道养护提供一套系统的解决方法，可以提升农村河道巡检的效率，降低巡检人力成本，提高政府的监管和治理效率。与无人机巡航系统技术企业的合作，帮助企业获得一手的河道基础资料，并为建立更符合地方特色的无人机河道巡检系统提供参考。在实现对河道的治理和对环境保护的同时，达到了多方共赢[7]。

5）本设计以团队为核心，实现政府、乡村、无人机巡检公司三方联动的路径。三方联动治理模式设计图如图1所示，具体说明如下。

图1 三方联动治理模式设计图

第一步：团队同政府合作，获取有关河流域长、所属流域、断面个数、河流总长、河岸线高度、水域面积、水域容积、水域功能、使用情况、污染程度等相关数据。

第二步：以村为单位开展子项目，运用各种AI识别技术、光谱仪、红外检测器等手段对目标村落进行实地考察，收集水域数据。

第三步：团队利用政府提供的原始数据进行数据筛选和数据处理，打造概念模型和河道地图数据模型，得出有效数据，并结合实地考察数据，根据考察结果确定红外范围，将村级分布图像与河道图像拼接为一个图像，划定无人机巡检路线与单次行驶的起点和红外感应范围，以此提供巡检方案。

第四步：将巡检方案通过平台提供给拥有成熟无人机自动巡检技术的公司，根据巡检路线与红外感应范围对河流进行定向巡检。

第五步：对前期团队实地考察获得的各项数据和无人机公司检测到的各项数据进行整合分析，将最终发现的问题通过平台提交给政府，协助政府相关部门进行河道治理。

第六步：同时团队将会对已经治理完成的项目进行定期考察，不断根据环境变化完善巡检方案，运用无人机对河流漂浮物、非法用火、非法捕鱼等情况进行定期巡检。

第七步：团队会为多水域地区的乡村提供建设特色服务的想法，打造宜居宜旅的美丽乡村。团队将拍摄并记录环境治理前后的变化和治理过程，将拍摄内容剪辑后放到各大平台从而达到宣传目的，以此推动当地文旅产业的发展。

第八步：团队与无人机巡检公司开展了密切的技术合作，结合实地考察获得的数据和云端控制系统获得的数据在平台建立数据库，不断根据环境的变化完善数据库，从而降低后续治理和后期维护的成本[8]。

4 结语

无人机作为一种新型的遥感技术设备，它在遥感控制领域的应用有很多，而且随着遥感技术的发展与成熟，其应用成本也变得越来越低。如果将其用于河流环境监测，不但可以获得高质量的高清影像和图像，而且还可以通过对违法污染的区域进行逐个排查，获得相应的地理信息，再通过GIS进行信息化管理。从而为河道管理部门的决策提供了科学的参考，并进一步优化了监督管理工作的效率与质量[9]。同时，随着全自动无人机技术的发展与成熟，全自动无人机也将逐渐代替低效、耗费人力的普通无人机，占据河道监测的市场，为无人机全自动治理提供方向。

政府具备较强的动员组织能力、执法处理能力以及充足的现金，同时还有拥有众多同治理息息相关的地理数据[10]；无人机制造企业则具备先进的遥感技术，个性化的遥感探测因子设计；数字化平台方案公司则可以在两者中间发挥需求与技术融合的功能。政府、无人机制造企业和数字化平台方案公司三方联动的环境治理模式正在成为市场主流。