無人機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施自主驗(yàn)收核查中的應(yīng)用與思考

陳 宇，凌 峰

（海河水利委員會(huì)海河流域水土保持監(jiān)測中心站，天津 300170）

利用無人機(jī)技術(shù)開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持自主驗(yàn)收核查能全面、準(zhǔn)確、及時(shí)地反映生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施落實(shí)現(xiàn)狀，對比生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持相關(guān)文件資料，更能科學(xué)高效地判斷出生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持自主驗(yàn)收工作是否符合水土保持設(shè)施驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和條件。但由于傳統(tǒng)的核查方法外業(yè)工作周期長、獲取信息不全面、數(shù)據(jù)無法溯源，無法滿足新時(shí)期監(jiān)管工作的自動(dòng)化、快速化和信息化的新要求，尤其是公路、鐵路、輸變電工程等線型工程由于線路長、取棄土（渣）場多、開挖回填方量大等特點(diǎn)[1，2]，對水土保持強(qiáng)監(jiān)管工作帶來了極大挑戰(zhàn)。本文以某鐵路工程水土保持自主驗(yàn)收核查為例，引入無人機(jī)技術(shù)，探討了水土保持自主驗(yàn)收核查工作的新方法，分析了自主驗(yàn)收核查工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出無人機(jī)技術(shù)在水土保持自主驗(yàn)收核查中還需解決的問題和思路，以期為開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持自主驗(yàn)收核查提供參考。

1 工程概況

該鐵路工程正線全長500余km，涉及路基工程區(qū)、站場工程區(qū)、橋梁工程區(qū)、隧道工程區(qū)、取土場區(qū)、棄渣場區(qū)、施工便道區(qū)、施工生產(chǎn)生活區(qū)8個(gè)水土保持防治分區(qū)。工程建設(shè)周期5 a，具有建設(shè)線路長、85%以上線路處于山區(qū)且擾動(dòng)和破壞地表及植被面積大、挖填棄土石方量大、棄渣場和施工營地?cái)?shù)量多特點(diǎn)。

2 基于無人機(jī)技術(shù)的自主驗(yàn)收核查工作流程

根據(jù)《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施自主驗(yàn)收規(guī)程（試行）的通知》（水?！?018〕133號）、《水利部辦公廳關(guān)于印發(fā)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)督管理辦法的通知》（辦水?！?019〕172號）等相關(guān)規(guī)范要求，選取生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目需要現(xiàn)場檢查的位置，并利用無人機(jī)對現(xiàn)場位置進(jìn)行航拍、數(shù)據(jù)處理和信息提取，結(jié)合收集到的水土保持相關(guān)文件資料，對水土保持設(shè)施建設(shè)完成情況、水土保持設(shè)施數(shù)量、水土保持防治效果等進(jìn)行復(fù)核，在此基礎(chǔ)上判斷生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持自主驗(yàn)收工作是否符合水土保持設(shè)施驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和條件。自主驗(yàn)收核查工作流程，如圖1所示。

圖1 自主驗(yàn)收核查工作流程

2.1 水土保持相關(guān)資料收集

收集項(xiàng)目水土保持相關(guān)文件資料，包括批復(fù)的水土保持方案、后續(xù)設(shè)計(jì)及變更材料、工程施工總結(jié)、水土保持監(jiān)理報(bào)告、水土保持監(jiān)測報(bào)告、水土保持自主驗(yàn)收報(bào)告及驗(yàn)收鑒定書等圖文資料以及相應(yīng)矢量文件等。

2.2 選取現(xiàn)場核查位置

根據(jù)自主驗(yàn)收核查相關(guān)要求，選取生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目需要現(xiàn)場核查的位置。位置選取覆蓋各分區(qū)、主要工程措施和植物措施，且具有代表性，其中3級（含）以上棄渣場全覆蓋。取土場還未啟用，故本次不做檢查。該工程選取的現(xiàn)場位置情況，詳見表1。

表1 工程水土保持防治分區(qū)、措施類型以及選取的核查對象情況

2.3 現(xiàn)場調(diào)查

利用無人機(jī)對所選取的現(xiàn)場核查對象進(jìn)行傾斜攝影或航拍，獲取三維建模照片、全景照片、局部照片和視頻資料。

2.4 影像解譯

采用三維建模軟件分別對需要量測的核查對象進(jìn)行三維建模，生成DOM和三維模型等成果，并利用GIS軟件進(jìn)行解譯，重點(diǎn)分析擾動(dòng)面積、水土保持措施類型及數(shù)量等內(nèi)容。

2.5 內(nèi)業(yè)復(fù)核

基于影像解譯結(jié)果，結(jié)合收集到的水土保持相關(guān)資料，根據(jù)水土保持設(shè)施驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和條件，復(fù)核自主驗(yàn)收工作是否符合驗(yàn)收程序、項(xiàng)目是否依法依規(guī)履行水土保持方案及重大變更的編報(bào)審批程序、是否依法依規(guī)開展水土保持監(jiān)測和監(jiān)理、廢棄的土石渣是否堆放在經(jīng)批準(zhǔn)的水土保持方案確定的專門存放地、水土保持措施體系等級和標(biāo)準(zhǔn)是否按經(jīng)批準(zhǔn)的水土保持方案落實(shí)、重要防護(hù)對象是否有安全穩(wěn)定結(jié)論、水土保持分部工程和單位工程是否經(jīng)驗(yàn)收合格、水土保持報(bào)告等材料是否弄虛作假或存在重大技術(shù)問題、是否依法依規(guī)繳納水土保持補(bǔ)償費(fèi)等。

2.6 核查結(jié)論及建議

根據(jù)外業(yè)航飛和內(nèi)業(yè)復(fù)核情況，形成生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施自主驗(yàn)收核查結(jié)論，對符合驗(yàn)收程序、標(biāo)準(zhǔn)和條件的，給出“水土保持設(shè)施驗(yàn)收程序履行、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和條件執(zhí)行方面未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重問題”的結(jié)論；對不符合驗(yàn)收程序或不滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和條件的，給出“視同為水土保持設(shè)施驗(yàn)收不合格”的結(jié)論。同時(shí)，對水土保持自主驗(yàn)收工作中發(fā)現(xiàn)的問題提出相應(yīng)的整改建議。

3 工作中的重點(diǎn)和難點(diǎn)

3.1 核查位置選擇

核查位置的選擇關(guān)系到是否能全面客觀準(zhǔn)確地反映生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施落實(shí)現(xiàn)狀，因此應(yīng)結(jié)合工程水土保持分區(qū)、水土保持措施類型以及重要防護(hù)對象等因素綜合選擇，且具有代表性。結(jié)合該工程施工平面圖、重要防護(hù)對象位置圖和歷史遙感影像，核查位置選擇做到覆蓋所有水土保持分區(qū)、水土保持措施類型，所有水土保持分區(qū)核查比例均在10%以上，其中棄渣場分區(qū)核查比例達(dá)30%以上且3級以上棄渣場全覆蓋。

3.2 無人機(jī)航拍影像信息提取

無人機(jī)影像信息提取是核查的關(guān)鍵，提取的信息主要包括擾動(dòng)面積、水土保持措施類型及數(shù)量等內(nèi)容。其中，從現(xiàn)場的航拍照片和視頻上直觀判斷生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施的水土保持措施體系是否完善，有無水土流失隱患；從DOM和三維模型上提取核查對象的工程措施、植物措施類型及數(shù)量。路基工程區(qū)、施工便道區(qū)采用單位路段取平均值估算總路段的水土保持措施類型及數(shù)量。

3.3 內(nèi)業(yè)復(fù)核

根據(jù)無人機(jī)航拍影像提取的信息，結(jié)合生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持文件資料，復(fù)核生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持自主驗(yàn)收核查工作是否符合水土保持設(shè)施驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和條件。具體復(fù)核內(nèi)容、對比材料和復(fù)核結(jié)果情況，詳見表2。其中，重點(diǎn)關(guān)注水土保持監(jiān)測、監(jiān)理原始資料和報(bào)送的季度、年度報(bào)告是否齊全以及報(bào)告中數(shù)據(jù)是否前后吻合；重要防護(hù)對象如棄渣場的位置、水土保持措施落實(shí)是否符合設(shè)計(jì)要求；分部工程和單位工程驗(yàn)收時(shí)間、驗(yàn)收事項(xiàng)等情況；6項(xiàng)指標(biāo)和水土保持投資計(jì)算是否合理正確等。

表2 復(fù)核內(nèi)容、對比材料和復(fù)核結(jié)果情況

4 問題與思考

4.1 禁飛區(qū)內(nèi)的復(fù)核

由于部分生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目涉及無人機(jī)禁飛區(qū)，無法進(jìn)行航拍獲取生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施實(shí)施現(xiàn)狀。而水土保持設(shè)施驗(yàn)收核查工作一般都在工程完工1 a甚至更長時(shí)間后才進(jìn)行，因此在類似區(qū)域進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施自主驗(yàn)收核查時(shí)，可以選擇利用遙感影像結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查的方式進(jìn)行復(fù)核。但由于遙感影像的時(shí)相和分辨率無法與無人機(jī)獲取的影像相比，只能粗略地提取水土保持措施的類型數(shù)量作為復(fù)核依據(jù)，因此在實(shí)際復(fù)核時(shí)，再結(jié)合監(jiān)理、監(jiān)測資料進(jìn)行數(shù)據(jù)印證復(fù)核。

4.2 方量復(fù)核

利用無人機(jī)數(shù)據(jù)生成的三維模型量測棄渣場方量復(fù)核時(shí)，由于沒有棄渣場原始地貌，直接量測出來的數(shù)據(jù)是根據(jù)某一高程估算的數(shù)值，不能準(zhǔn)確地反映棄渣方量[3]；如果棄渣場植被恢復(fù)較好時(shí)，由于植被高度的影響量測棄渣方量也會(huì)相應(yīng)地高估。因此，在利用無人機(jī)航拍影像進(jìn)行棄渣方量復(fù)核時(shí)，無法計(jì)算出準(zhǔn)確的方量。但由于棄渣方量的復(fù)核只需復(fù)核是否超出設(shè)計(jì)棄渣量的20%，對于溝谷型棄渣場來說，堆渣越高所占面積越大，所以只需量測棄渣場的頂面面積和堆渣高度，如果量測的棄渣場頂面面積和堆渣高度的乘積超過二者設(shè)計(jì)值乘積的20%，那么基本可以判定該棄渣方量超過設(shè)計(jì)棄渣方量的20%，再結(jié)合實(shí)地調(diào)查和監(jiān)理監(jiān)測資料相互印證復(fù)核。

4.3 無人機(jī)機(jī)型的選擇

對涉及山區(qū)的鐵路工程來說，由于受山體遮擋信號的影響，多旋翼無人機(jī)航拍復(fù)核時(shí)需要抵進(jìn)復(fù)核位置才能航拍，大大降低了工作效率；而若使用固定翼無人機(jī)，盡管上傳航線任務(wù)后可以在信號受遮擋時(shí)依然執(zhí)行航拍任務(wù)，但山區(qū)狹窄的地區(qū)很難選擇出適合固定翼無人機(jī)航飛的起降點(diǎn)；目前固定翼垂起無人機(jī)體型較大、攜帶不便，不適用于核查位置分散的自主驗(yàn)收核查的無人機(jī)航拍。因此，應(yīng)在外業(yè)核查之前確定核查位置，并在衛(wèi)星遙感影像上觀察周邊環(huán)境情況，結(jié)合無人機(jī)特點(diǎn)，選擇所需使用的無人機(jī)機(jī)型，并做好核查線路規(guī)劃，以便提高現(xiàn)場核查效率。