基于“河长制”下无人机遥感技术的应用探讨

林顺海，陈 峰，赵国庆，张 鹏

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 31000 2）

基于“河长制”下无人机遥感技术的应用探讨

林顺海，陈 峰，赵国庆，张 鹏

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 31000 2）

通过技术手段，大力助推河长制的实施和有效管理，是一个新兴的热点和难点。无人机遥感技术是集多项先进技术为一体的新型技术，具有自动化、智能化和快速获取国土、资源及环境等空间遥感信息的优点。在分析无人机遥感技术特点的基础上，以上虞区河道治理为实例，利用多个无人机航测产品，推动和提升河长制下的河道治理等多方面的综合管理。

无人机遥感技术；河长制；河道管理

1 问题的提出

河流和湖泊具有重要的资源功能和生态功能，是洪水的通道、水资源的载体、生态环境的重要组成部分，在防洪、供水、发电、航运、生态等方面发挥了重要的作用，有力支撑了经济社会的可持续发展，取得了显著的综合效益。但河湖管理保护仍面临不少问题，一些地方侵占河道、围垦湖泊、超标排污、非法采砂等现象时有发生，严重影响河湖防洪、供水、航运、生态等功能发挥。因此，为落实绿色发展理念、推进水生态文明建设，有力促进水资源保护、水域岸线管理、水污染防治、水环境治理等工作，着力解决当前复杂水问题、维护河湖健康生命，完善水环境治理体系、保障国家水安全的制度创新，进一步加强河湖管理保护工作，落实属地责任，健全长效机制，2016年12月11日，中共中央办公厅、国务院办公厅公布了《关于全面推行河长制的意见》。

河长制是近几年我国在河湖综合保护治理等方面大力推广的制度之一，研究较多的是对河长制下的管理模式应用探讨，从经济学角度、法学角度对河长制进行评析，又或者对某一地区的河长制的实施现状以及意义进行分析和探讨。但从助推河长制实施的各种技术角度进行的研究较少，因此，开展这方面的研究具有非常重要的意义。随着无人机在各个领域的应用扩展，以及遥感技术的快速发展，本文创新性的开展了基于河长制下的无人机遥感技术应用研究，通过利用无人机航拍提供的各种成果，发挥无人机遥感技术在河道保洁、岸线保护等方面的服务保障能力，对支撑河长制工作具有重要的现实意义。

2 无人机遥感技术及其特点

2.1 无人机遥感技术

随着测绘科学技术的发展，运用传感器（遥感器）对远距离地物所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理并成像的综合技术应运而生，即遥感科学与技术。其具有大面积同步观测、获取信息速度快、周期短、成本低、精度较高等特点。根据遥感工作平台区分，可分为地面遥感、航空遥感、航天遥感等。低空遥感至今没有一个确切的定义，广义上一般认为高度在1 000 m以下的航空遥感称为低空遥感[1 - 3]。

因搭载平台的限制，低空遥感多指应用无人飞行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）进行作业。伴随着无人飞行器的发展，近年来，无人飞行器将其自身特点与航空摄影测量相结合，成为摄影测量与遥感的新平台被引入测绘行业，成为一个新的发展方向。

无人机（UAV）是通过无线电遥控设备或机载计算机程控系统进行操控的无人驾驶飞行器，通过搭载数码相机、多光谱成像仪、三维激光扫描仪等设备，可执行多目标任务。按无人机系统组成和飞行特点，可分为无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇和无人直升机型等类别。

无人机遥感技术是集先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术为一体的新型应用技术[4-5]。无人机遥感技术是遥感科技的重要组成部分，随着国民经济及社会发展对遥感数据需求的日益提高，无人机遥感以其全天时、实时化、高分辨率、灵活机动、高性价比等优势，在生态环境保护、土地利用调查、水利、自然灾害监测与评估、矿产资源勘探、测绘等国民经济及社会发展各个领域发挥了重要作用，成为继卫星遥感和常规航空遥感技术之后的新兴发展方向，发展潜力巨大，应用前景广阔。

2.2 无人机遥感技术优势

无人机遥感技术的主要优势有：

（1）机动、灵活、快速。能快速到达指定目标区域，起降场地要求低，可在15 ～ 30 min完成组装、调试和起飞。

（2）操作简单，越来越智能化、自动化。可以通过事先设制的飞行路线，在飞行中进行校对和调整，对目标精确航拍。具备故障自动诊断及显示功能，如果发生故障，会自动返航等待故障排除。

（3）体积小、成本低。操控简单，培训时间较短，设备存放、维护比较简便，可节省调试、停机等费用。

（4）数据处理速度快。借助无人机遥感数据处理软件系统，几小时就可获取遥感数据。

（5）影像分辨率高。遥感影像分辨率高、成像效果清晰，可垂直或倾斜成像，在200 m高的空中可拍摄地面5 cm大小物体，而一般卫星和航拍只能分辨地面50 cm大小的物体。

（6）数据精度高。可显示平面和三维场景影像及三维数据信息。

2.3 无人机遥感技术助推河长制

《关于全面推行河长制的意见》中，明确提出了加强河湖水域岸线管理保护，加强执法监管、建立河湖日常监管巡查制度、实行动态监管等方面的主要内容。另外，河湖经过专项专人的治理之后，对于成果的复核和后期的监督评价同样是一项复杂的工作。无人机具有快速出动，大范围探测等特点，可提供高清视频和正射影像等其他航测数据产品，在大量的数据支持下，无人机遥感技术可以有效弥补人力现场复核和监督不到位等缺点和不足，同时也可在河湖动态监管和日常巡查等方面发挥巨大作用。

3 无人机遥感技术在“河长制”下的应用

3.1 治理对象和区域

河长制是从河流水质改善领导督办制、环保问责制衍生出来的水污染治理制度，由各级党政主要负责人担任河长，负责辖区内河流的污染治理，使河流保持河清水洁、岸绿鱼游的良好生态环境。本文以绍兴市上虞区的河道治理为研究对象，利用无人机航拍的各种成果，实现河道保洁、河湖监管等方面的创新，极大提高了河长制下的工作效率。

3.2 无人机遥感技术成果应用

3.2.1 航拍影像应用

无人机航拍是以无人机作为空中平台，以机载遥感设备，如高分辨率CCD数码相机、轻型光学相机、红外扫描仪、激光扫描仪、磁测仪等获取信息，用计算机对图像信息进行处理，并按照一定精度要求制作成航拍影像，具有高清晰、大比例尺、小面积、高现势性等优点。

无人机航拍作业需要经过飞行前的路线规划、飞行前检查、飞行准备，到起飞后的监控，直到飞行结束，数据导出，飞后维护、飞行故障处理等过程，最后是数据处理，成果检验和提交。无人机航拍视频的工作流程见图1，飞行作业前，无人机航线规划以及参数设置示例见图2。

图1 无人机航拍视频流程图

图2 无人机航线规划以及参数设置图

通过分析无人机航拍获取的高清航拍影像，航拍影像应用展示见图3，红线区域内为河道范围，可以清晰的看到水面上的漂浮物和垃圾，以及水污染区域。能第一时间直观地掌握污染物类别、范围、大小以及扩散情况。

图3 无人机航拍影像应用展示图

利用无人机航拍影像，不仅仅可对河湖污染源、水域污染区域、水面漂浮物等情况进行检查和复核，还可以对非法占用水域、围垦湖泊、非法采砂等现象进行实时动态监控，为河长全面掌握管辖范围内河湖水环境现状和执法监管提供实时航拍影像证据。

3.2.2 数字正射影像图应用

利用摄影测量技术，对无人机影像数据进行内业处理，并按一定图幅范围裁剪得到被测地区的数字正射影像图。数字正射影像同时具有地图的几何精度和影像的视觉特征，具有精度高、信息丰富、直观逼真、可读性高等优点[6-7]。数字正射影像的数据处理需经过影像畸变纠正、空三加密、DEM编辑、单片纠正和镶嵌匀色等步骤，影像生成正射影像图流程见图4。

图4 无人机影像生成正射影像图流程图

单张影像无法全面展示测区情况，而利用无人机影像制作的正射影像图，是将许多单张影像进行镶嵌拼接而成的，不仅具有高清晰的视觉特征，更有高清度的几何特征，具备可量测的特性。图5为正射影像图应用展示，根据正射影像中反应的实际情况，一共勾划出3块区域污染物的范围，利用Arcgis软件的统计分析功能，可以精确得到每一块相应区域的面积。

图5 正射影像图应用展示图

此外，在河湖岸线管理保护中，可按照河湖岸线管理保护规划，在数字正射影像图上划定河湖管理保护权属界线，并进行政府公告，为河长在严格管控河湖岸线等水生态空间提供法律依据。基于数字正射影像的可量测特性，通过对违法占用水域、围垦湖泊、采砂等范围分析、对比、计算，为河长在解决河湖岸线乱占滥用、多占少用、占而不用等突出问题开展清理整治，为恢复河湖水域岸线生态功能和执法监管提供强有力的数据依据。

3.2.3 空中3 6 0°全景影像应用

空中全景航摄是指利用无人机对三维空间的影像进行完整拍摄，并通过专业软件处理技术，可水平视角360°、垂直视角180°进行动态漫游浏览影像的摄影技术。空中360°全景影像具有真实感强、数据量小、交互性强等特点，并可通过Flash或HTML5的WEB端展示，支持VR虚拟现实，并可通过VR设备浸入式体验。

利用空中全景影像，可以方便地放大、缩小、平移、切换场景，在分辨率允许的情况下可以便捷地查看场景细节等。对河湖排污口排污、水域污染区域、水面漂浮物、非法占用水域、围垦湖泊、非法采砂等现象进行360°全景浏览，为河长分析、控制、整顿管辖范围内有害河湖健康安全等行为提供全方位服务。图6为空中360°全景影像图。

图6 空中360°全景影像图

4 结 语

在当今河湖管理保护工作全面开展的大形势下，利用各种先进技术和方法提升有效的管理，是目前研究的热点。无人机遥感技术具有分辨率高、灵活机动、响应速度快，实时性强、不受地形地貌等区域环境影响等优势和特点。基于此，本文探讨了无人机遥感技术在河长制下的具体应用，并结合上虞区河道管理，利用无人机航拍视频以及数字正射影像，空中360°全景影像，不仅可以清晰地对河湖上的污染物进行迅速的判读、面积计算，同时也可以达到对河岸线进行监测等其他有效管理和治理的目的。无人机遥感技术是随着遥感传感器技术、通讯技术、GPS定位技术和计算机信息技术等不断发展而发展起来的，因此，更大程度地发挥无人机遥感技术的特长，在更多方面助推河长制的实施，是今后研究的热点和难点。

[1] 尹鹏飞，尹球，陈兴峰，等．无人机航空遥感技术在震后灾情调查中的应用[J]．激光与光电子学进展，2010(11)：130 - 134．

[2] 韩文权，任幼蓉，赵少华．无人机遥感在应对地质灾害中的主要应用[J].地理空间信息，2011(5)：6 - 8．

[3] 鲁恒，李永树，江禹．无人机影像数字处理及在地震灾区中的应用[J]．西南交通大学学报(自然科学版)，2010，45(4)：533 - 538．

[4] 饶帅雄．利用UASMaster对无人机航空影像数据进行正射影像制作方法的研究[J]．测绘通报，2015(S0)：216 - 218．

[5] 张利剑．浅谈正射影像图的制作[J]．测绘与空间地理信息，2012，4(35)：193 - 194．

[6] 吴洁，陈晓岚．数字正射影像图在存量土地专项调查工作中的应用[J]．测绘与空间地理信息，2010，33(4)：203 - 205．

[7] 马东岭，崔健，丁宁．一种数字正射影像图制作方法[J]．测绘科学，2013，38(4)：188 - 189．

（责任编辑 黄 超）

TP79

B

1008 - 701X(2017)04 - 0021 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.006

2017-02-13

林顺海(1963 - )，男，高级工程师，大学本科，主要从事工程测量、变形监测和测量质量管理工作。

E - mail：540879986@qq.com