无人机技术在生产建设项目水土保持设施自主验收核查中的应用与思考

陈 宇，凌 峰

（海河水利委员会海河流域水土保持监测中心站，天津 300170）

利用无人机技术开展生产建设项目水土保持自主验收核查能全面、准确、及时地反映生产建设项目水土保持措施落实现状，对比生产建设项目水土保持相关文件资料，更能科学高效地判断出生产建设项目水土保持自主验收工作是否符合水土保持设施验收标准和条件。但由于传统的核查方法外业工作周期长、获取信息不全面、数据无法溯源，无法满足新时期监管工作的自动化、快速化和信息化的新要求，尤其是公路、铁路、输变电工程等线型工程由于线路长、取弃土（渣）场多、开挖回填方量大等特点[1，2]，对水土保持强监管工作带来了极大挑战。本文以某铁路工程水土保持自主验收核查为例，引入无人机技术，探讨了水土保持自主验收核查工作的新方法，分析了自主验收核查工作中的重点和难点，在此基础上提出无人机技术在水土保持自主验收核查中还需解决的问题和思路，以期为开展生产建设项目水土保持自主验收核查提供参考。

1 工程概况

该铁路工程正线全长500余km，涉及路基工程区、站场工程区、桥梁工程区、隧道工程区、取土场区、弃渣场区、施工便道区、施工生产生活区8个水土保持防治分区。工程建设周期5 a，具有建设线路长、85%以上线路处于山区且扰动和破坏地表及植被面积大、挖填弃土石方量大、弃渣场和施工营地数量多特点。

2 基于无人机技术的自主验收核查工作流程

根据《水利部办公厅关于印发生产建设项目水土保持设施自主验收规程（试行）的通知》（水保〔2018〕133号）、《水利部办公厅关于印发生产建设项目水土保持监督管理办法的通知》（办水保〔2019〕172号）等相关规范要求，选取生产建设项目需要现场检查的位置，并利用无人机对现场位置进行航拍、数据处理和信息提取，结合收集到的水土保持相关文件资料，对水土保持设施建设完成情况、水土保持设施数量、水土保持防治效果等进行复核，在此基础上判断生产建设项目水土保持自主验收工作是否符合水土保持设施验收标准和条件。自主验收核查工作流程，如图1所示。

图1 自主验收核查工作流程

2.1 水土保持相关资料收集

收集项目水土保持相关文件资料，包括批复的水土保持方案、后续设计及变更材料、工程施工总结、水土保持监理报告、水土保持监测报告、水土保持自主验收报告及验收鉴定书等图文资料以及相应矢量文件等。

2.2 选取现场核查位置

根据自主验收核查相关要求，选取生产建设项目需要现场核查的位置。位置选取覆盖各分区、主要工程措施和植物措施，且具有代表性，其中3级（含）以上弃渣场全覆盖。取土场还未启用，故本次不做检查。该工程选取的现场位置情况，详见表1。

表1 工程水土保持防治分区、措施类型以及选取的核查对象情况

2.3 现场调查

利用无人机对所选取的现场核查对象进行倾斜摄影或航拍，获取三维建模照片、全景照片、局部照片和视频资料。

2.4 影像解译

采用三维建模软件分别对需要量测的核查对象进行三维建模，生成DOM和三维模型等成果，并利用GIS软件进行解译，重点分析扰动面积、水土保持措施类型及数量等内容。

2.5 内业复核

基于影像解译结果，结合收集到的水土保持相关资料，根据水土保持设施验收标准和条件，复核自主验收工作是否符合验收程序、项目是否依法依规履行水土保持方案及重大变更的编报审批程序、是否依法依规开展水土保持监测和监理、废弃的土石渣是否堆放在经批准的水土保持方案确定的专门存放地、水土保持措施体系等级和标准是否按经批准的水土保持方案落实、重要防护对象是否有安全稳定结论、水土保持分部工程和单位工程是否经验收合格、水土保持报告等材料是否弄虚作假或存在重大技术问题、是否依法依规缴纳水土保持补偿费等。

2.6 核查结论及建议

根据外业航飞和内业复核情况，形成生产建设项目水土保持设施自主验收核查结论，对符合验收程序、标准和条件的，给出“水土保持设施验收程序履行、验收标准和条件执行方面未发现严重问题”的结论；对不符合验收程序或不满足验收标准和条件的，给出“视同为水土保持设施验收不合格”的结论。同时，对水土保持自主验收工作中发现的问题提出相应的整改建议。

3 工作中的重点和难点

3.1 核查位置选择

核查位置的选择关系到是否能全面客观准确地反映生产建设项目水土保持措施落实现状，因此应结合工程水土保持分区、水土保持措施类型以及重要防护对象等因素综合选择，且具有代表性。结合该工程施工平面图、重要防护对象位置图和历史遥感影像，核查位置选择做到覆盖所有水土保持分区、水土保持措施类型，所有水土保持分区核查比例均在10%以上，其中弃渣场分区核查比例达30%以上且3级以上弃渣场全覆盖。

3.2 无人机航拍影像信息提取

无人机影像信息提取是核查的关键，提取的信息主要包括扰动面积、水土保持措施类型及数量等内容。其中，从现场的航拍照片和视频上直观判断生产建设项目实施的水土保持措施体系是否完善，有无水土流失隐患；从DOM和三维模型上提取核查对象的工程措施、植物措施类型及数量。路基工程区、施工便道区采用单位路段取平均值估算总路段的水土保持措施类型及数量。

3.3 内业复核

根据无人机航拍影像提取的信息，结合生产建设项目水土保持文件资料，复核生产建设项目水土保持自主验收核查工作是否符合水土保持设施验收标准和条件。具体复核内容、对比材料和复核结果情况，详见表2。其中，重点关注水土保持监测、监理原始资料和报送的季度、年度报告是否齐全以及报告中数据是否前后吻合；重要防护对象如弃渣场的位置、水土保持措施落实是否符合设计要求；分部工程和单位工程验收时间、验收事项等情况；6项指标和水土保持投资计算是否合理正确等。

表2 复核内容、对比材料和复核结果情况

4 问题与思考

4.1 禁飞区内的复核

由于部分生产建设项目涉及无人机禁飞区，无法进行航拍获取生产建设项目水土保持措施实施现状。而水土保持设施验收核查工作一般都在工程完工1 a甚至更长时间后才进行，因此在类似区域进行生产建设项目水土保持设施自主验收核查时，可以选择利用遥感影像结合现场调查的方式进行复核。但由于遥感影像的时相和分辨率无法与无人机获取的影像相比，只能粗略地提取水土保持措施的类型数量作为复核依据，因此在实际复核时，再结合监理、监测资料进行数据印证复核。

4.2 方量复核

利用无人机数据生成的三维模型量测弃渣场方量复核时，由于没有弃渣场原始地貌，直接量测出来的数据是根据某一高程估算的数值，不能准确地反映弃渣方量[3]；如果弃渣场植被恢复较好时，由于植被高度的影响量测弃渣方量也会相应地高估。因此，在利用无人机航拍影像进行弃渣方量复核时，无法计算出准确的方量。但由于弃渣方量的复核只需复核是否超出设计弃渣量的20%，对于沟谷型弃渣场来说，堆渣越高所占面积越大，所以只需量测弃渣场的顶面面积和堆渣高度，如果量测的弃渣场顶面面积和堆渣高度的乘积超过二者设计值乘积的20%，那么基本可以判定该弃渣方量超过设计弃渣方量的20%，再结合实地调查和监理监测资料相互印证复核。

4.3 无人机机型的选择

对涉及山区的铁路工程来说，由于受山体遮挡信号的影响，多旋翼无人机航拍复核时需要抵进复核位置才能航拍，大大降低了工作效率；而若使用固定翼无人机，尽管上传航线任务后可以在信号受遮挡时依然执行航拍任务，但山区狭窄的地区很难选择出适合固定翼无人机航飞的起降点；目前固定翼垂起无人机体型较大、携带不便，不适用于核查位置分散的自主验收核查的无人机航拍。因此，应在外业核查之前确定核查位置，并在卫星遥感影像上观察周边环境情况，结合无人机特点，选择所需使用的无人机机型，并做好核查线路规划，以便提高现场核查效率。