無(wú)人機(jī)在河湖“清四亂”排查中的應(yīng)用

包德高

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110006)

1 概 況

“清四亂”工作源于河湖長(zhǎng)制，是水域岸線管理的重要內(nèi)容。遼寧省“清四亂”工作開(kāi)始于2018年，大規(guī)模專項(xiàng)行動(dòng)開(kāi)始于2019年，截止2020年7月全省共排查出四亂問(wèn)題1064個(gè)，已銷號(hào)833個(gè)。遼寧省河湖清四亂工作取得了階段性成果，但還存在著前治后亂、歷史遺留、排查不徹底、部分地區(qū)人手不足等普遍問(wèn)題，“清四亂”工作仍然艱巨繁重，將持續(xù)高壓態(tài)勢(shì)。

近幾年開(kāi)展“清四亂”問(wèn)題排查主要是通過(guò)人工沿河巡查來(lái)完成，該方式巡查效率低、容易留下盲區(qū)。綜合比較，采用無(wú)人機(jī)獲取正射影像排查方式具有數(shù)據(jù)獲取周期短、可量算及定位、影像分辨率高、地面信息豐富、易于讀取、問(wèn)題全覆蓋等優(yōu)勢(shì)。為提高排查效率和成果質(zhì)量，應(yīng)充分運(yùn)用無(wú)人機(jī)開(kāi)展“清四亂”問(wèn)題排查，以人工沿河巡查、明查暗訪、群眾舉報(bào)、視頻監(jiān)控、新聞媒介、衛(wèi)星遙感等方式為輔助手段，做到“清四亂”規(guī)范化常態(tài)化。

2 技術(shù)路線

通過(guò)無(wú)人機(jī)航空攝影的方法獲取影像資料，根據(jù)測(cè)區(qū)情況規(guī)劃設(shè)計(jì)航線，實(shí)地踏勘測(cè)區(qū)，選取適合無(wú)人機(jī)航空攝影工作起飛和降落場(chǎng)地，隨后進(jìn)行航攝像控點(diǎn)布設(shè)和數(shù)據(jù)采集工作。航攝和像控作業(yè)完成后，進(jìn)行空三加密、高分辨地圖、數(shù)字表面模型、正射影像及應(yīng)用等工作，作業(yè)技術(shù)流程見(jiàn)圖1。

圖1 作業(yè)技術(shù)流程

3 正射影像制作

結(jié)合“清四亂”問(wèn)題的實(shí)際情況，采用飛馬V100傾轉(zhuǎn)翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行攝影測(cè)量。該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是垂直起降，不受測(cè)區(qū)地理?xiàng)l件限制，采用固定翼平飛，續(xù)航時(shí)間可達(dá)90min，其平臺(tái)參數(shù)如表1所示。

表1 飛馬無(wú)人機(jī)技術(shù)參數(shù)表

圖2 飛馬V100

3.1 資料準(zhǔn)備

在清四亂作業(yè)前，應(yīng)收集四亂區(qū)域的基礎(chǔ)資料，包括控制點(diǎn)成果、萬(wàn)圖、人文數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、自然地理概況等。根據(jù)項(xiàng)目要求、收集的數(shù)據(jù)信息、測(cè)區(qū)范圍和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并制定無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量技術(shù)方案并申請(qǐng)空域，確定無(wú)人機(jī)航空飛行高度、航攝的航向和旁向重疊度以及地面分辨率等[4-5]。由于河湖四亂問(wèn)題區(qū)域分布廣泛，對(duì)于河河湖四亂區(qū)域的像控點(diǎn)按航帶布設(shè)，對(duì)于湖泊區(qū)域的像控點(diǎn)按區(qū)域布設(shè)。

3.2 像控測(cè)量

無(wú)人機(jī)航攝外業(yè)像控點(diǎn)按照作業(yè)范圍劃分區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)，采用全野外布點(diǎn)方案。通過(guò)工作區(qū)域的控制測(cè)量成果直接獲得像片控制點(diǎn)，像控點(diǎn)數(shù)據(jù)基于LNCORS網(wǎng)絡(luò)RTK方法獲取，像控點(diǎn)盡可能為永久地物并易于影像上精確定位刺點(diǎn)的特征點(diǎn)[6-8]。繞陽(yáng)河錦州段河道長(zhǎng)度約70km，河道管理范圍約140km2，本次共布設(shè)95個(gè)像控點(diǎn)(見(jiàn)圖3)，平均1.5km2布設(shè)一個(gè)像控點(diǎn)，像控點(diǎn)均選在現(xiàn)狀地物的交點(diǎn)和地物拐角上且高程變化較小的地方，在地物稀少地區(qū)，采用現(xiàn)場(chǎng)人工制作的“L”型像控點(diǎn)。像控點(diǎn)全部為底面點(diǎn)，均勻覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)并滿足空三加密精度要求[9-10]。

圖3 像控點(diǎn)布置圖

3.3 影像采集

調(diào)查獲取任務(wù)區(qū)域的影像數(shù)據(jù)，依照外業(yè)航空攝影測(cè)量規(guī)范及調(diào)查需求設(shè)計(jì)航飛范圍和路線。按照技術(shù)要求，獲取6cm分辨率傾斜影像數(shù)據(jù)，根據(jù)飛行計(jì)劃，檢查參數(shù)設(shè)置確保與現(xiàn)場(chǎng)情況一致，確認(rèn)各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置無(wú)誤后，按照工作計(jì)劃進(jìn)行了外業(yè)飛行。本項(xiàng)目共進(jìn)行了29個(gè)架次的外業(yè)航飛。

圖4 航線主要參數(shù)設(shè)置示意圖

飛行后對(duì)飛行質(zhì)量及外業(yè)成果進(jìn)行了檢查，飛行質(zhì)量較好，航線彎曲度較小，飛行的時(shí)間均選在風(fēng)向比較穩(wěn)定、風(fēng)速<4級(jí)、光線充足無(wú)遮擋的時(shí)段。像片有效范圍覆蓋了全部攝區(qū)，航向重疊度為80%， 旁向重疊度為60%，全區(qū)無(wú)攝影絕對(duì)漏洞。外業(yè)成果中影像數(shù)據(jù)與影像定位數(shù)據(jù)無(wú)丟漏，POS數(shù)據(jù)和像控點(diǎn)采集時(shí)均為固定解狀態(tài)。

3.4 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

采用Pix4D mapper version軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。在構(gòu)建地表模型前，對(duì)原始影像、相機(jī)文件、像控?cái)?shù)據(jù)、POS數(shù)據(jù)等進(jìn)行整理，隨后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。首先進(jìn)行空中三角測(cè)量，將影像與無(wú)人機(jī)的POS數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，按照規(guī)范的相關(guān)精度要求進(jìn)行無(wú)約束平差，直至各項(xiàng)指標(biāo)滿足無(wú)約束空三要求，再加入野外實(shí)測(cè)像片控制點(diǎn)進(jìn)行約束平差，在加密過(guò)程中，根據(jù)需要選擇像控點(diǎn)作為檢查點(diǎn)，檢查加密精度，精度滿足要求后全部作為像控點(diǎn)參與空三加密，完成絕對(duì)定向[11]?？杖用軈^(qū)域網(wǎng)共劃分19個(gè)區(qū)塊，經(jīng)檢查，接邊良好，控制三角測(cè)量精度符合規(guī)范要求，最終生產(chǎn)數(shù)字地表模型DSM和正射影像圖。

4 應(yīng) 用

通過(guò)無(wú)人技術(shù)生產(chǎn)正射影像圖，運(yùn)用正射影像可全方位查看河道管理范圍內(nèi)攔河圍網(wǎng)養(yǎng)殖、種植阻礙行洪的高桿作物和林木、亂堆垃圾，河湖水面存在垃圾漂浮物、挖筑魚塘、采砂、鉆探、建設(shè)或棄置嚴(yán)重妨礙行洪的大、中型建筑物、構(gòu)筑物等情況，違法活動(dòng)都一覽無(wú)余。文章以“亂占”現(xiàn)象中的挖筑魚塘為例，通過(guò)正射影像，將疑似“亂占”現(xiàn)象在正射影像上進(jìn)行標(biāo)記(見(jiàn)圖6)，如有許可，將批準(zhǔn)許可的具體范圍與DOM進(jìn)行疊加分析(見(jiàn)圖7)，形成疑似“四亂”問(wèn)題統(tǒng)計(jì)表，再根據(jù)“認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)”和“批準(zhǔn)許可文件”進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查核定，去除疑似“四亂”問(wèn)題統(tǒng)計(jì)表中的非“四亂”現(xiàn)象，最終形成形成“四亂”問(wèn)題臺(tái)賬，臺(tái)賬信息應(yīng)包括：序號(hào)、位置描述、坐標(biāo)、問(wèn)題描述、問(wèn)題屬性(如亂占或亂采等)。

圖5 “四亂”現(xiàn)象標(biāo)記

圖7 疊加分析

表2 “四亂”問(wèn)題臺(tái)賬

5 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)人機(jī)技術(shù)應(yīng)用到“清四亂”排查工作中，是河湖精細(xì)化管理的體現(xiàn)，通過(guò)對(duì)飛馬V100所采集影像數(shù)據(jù)進(jìn)行空三加密、生產(chǎn)數(shù)字地表模型、最終生成正射影像圖，利用正射影像圖的現(xiàn)時(shí)性和直觀性，有效的制定四亂排查政策，加大四亂排查的力度，大大提高了政府部門的決策效率[12]。

在以后的四亂排查工作中，可以深度挖掘無(wú)人機(jī)在四亂排查中的作用，通過(guò)高空視角、實(shí)時(shí)高效的監(jiān)控手段對(duì)我們河湖管理中存在的各種問(wèn)題以及違法現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)無(wú)死角全方位監(jiān)控。為了鞏固治理成果，為有效監(jiān)控和遏制“四亂”問(wèn)題，避免出現(xiàn)“前治后亂”現(xiàn)象，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)河流采用無(wú)人機(jī)進(jìn)行定期監(jiān)控；其它范圍采用衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行監(jiān)控。