无人机遥感技术在水土保持监管中的应用

孙向峰，赵 莹，赵国峰

（1.山东省海河淮河小清河流域水利管理服务中心，山东 济南 250100；2.山东省水利科学研究院，山东 济南250014；3.博兴县城乡水务局，山东 博兴 256500）

近年来，为进一步深化“放管服”改革，强化生产建设项目水土保持事中事后监管，做好水土保持方案实施情况的跟踪检查，推进“智慧水土保持”建设，快速获取水土保持相关的定性、定量信息，提升水土保持监督管理水平。无人机技术在环保、林业、农业等领域已实现快速的现场调查。利用无人机倾斜摄影、多光谱等影像开展生产建设项目水土保持监督检查，比传统调查方法调查范围广、速度快、精度高，可实现定量分析等目标[1]。

1 水土保持事中监管重点与难点

1.1 水土保持监督管理人员不足

为解决水土保持监督管理人员不足的问题，山东省各市、县多采取政府购买水土保持监督检查第三方服务方式获取技术支持。但水保事中监督检查属于行政检查，其他人员作为非行政公职人员，代履行缺乏法律法规支撑，在监督检查工作中缺乏有效的行政制约能力。

1.2 定性检查容易，定量分析难

目前，水土保持事中监管常以人工检查为主，同时遥感影像和无人机等加以辅助。但仅通过观察、询问调查等现场检查，只能是直观定性而不是精确的测量和定位。对于取、弃土场及数量、防治措施规格及面积、表土剥离及利用数量、植物措施防护程度及数量，需要定量统计，难以在短时间内给出准确的结论。与《水利部生产建设项目水土保持方案变更管理规定》办水保（2016）65号中提出的变更要求，以往的监督检查方式在量级上满足不了事中监管的要求，同时工作效率也较低。

1.3 暗查暗访中取证信息获取难度大

对项目现场存在的水土流失隐患，对纳入重点监管名单、群众举报或问题突出的项目组织专项检查。此类项目，常常采用“四不两直”暗查暗访，不定期、多频次开展水土保持监督检查工作。这种形式事中检查不能通过询问等形式，如果不依靠信息化监测手段很难获得取证信息，而且只有通过定量计算辅助检查，计算出准确的监督检查数据，才能让违法行为无处遁形。

2 无人机遥感技术应用实例

2.1 项目概况

济泰高速公路5号弃渣场，地理位置位于东经117.148498°，北纬36.449542°，济泰高速公路桩号K15+700左侧100 m。占地类型为林地，植被发育以灌木为主，属于沟道型弃渣场。该区地势起伏，自然坡度5～35°，相对高差约30 m。下游100 m处为济泰高速公路大桥，弃渣场沟底坡度较缓。

该工程应用的无人机为大疆精灵4RTK多光谱版，有6个1/2.9英寸CMOS，包括1个用于可见光成像的彩色传感器和5个用于多光谱成像的单色传感器，主要技术指标：1）5个多光谱传感器，波段设置参数为红（R）：650 nm±16 nm；绿（G）：560 nm±16 nm；蓝（B）：450 nm±16 nm；红边（RE）：730 nm±16 nm；近红外（NIR）：840 nm±26 nm；光谱分辨率为200万像素（1600×1200）；2）1个可见光RGB传感器，光谱分辨率为200万像素（1600×1200）；3）飞行高度采用90 m，飞行参数选择航向重叠率80%、旁向重叠率60%时，GSD约4.76 cm/pixel。

2.2 项目扰动范围及水保措施数据获取

利用DJI Terra软件进行无人机遥感二维重建影像，生成数字正射影像图（DOM），见图1。可以通过结果准确量测弃渣场扰动面积、复耕面积、措施面积，以及弃渣场拦挡长度、截排水沟长度等水保工程措施数据，见图2。

图1 正射影像图（DOM）

图2 扰动面积测量

2.3 高程与弃渣量数据获取

利用无人机三维倾斜摄影技术，用DJI Terra软件形成三维模型，见图3。堆渣高度、坡度，可在三维模型上直接测量。本次测量与最低点水平面的体积、测量值与上次量测值的差即是增加的土石方量。形成数字表面模型（DSM）见图4，可获取地理坐标及高程等信息。

图3 三维模型图

图4 数字高程模型图（DSM）

2.4 林草覆盖率获取

利用DJI Terra软件进行拼接，ENVI5.3软件处理多光谱数据进行建模，形成NDVI指数图，见图5。在综合已有多种植被覆盖度分类的基础上，以ENVI 5.3软件中监督分类中支持向量机和阈值法算法进行分类，计算植被覆盖度，并与实地植物调查样方的调查结果进行比较，计算结果满足精度要求。

图5 NDVI指数图

图6 植被覆盖度图

2.5 结果分析判断

1）扰动范围分析判断。判断扰动范围是否超出防治责任范围，只需从生产建设项目水土保持监督检查系统中将生产建设项目防治责任范围矢量边界导出，和测量的扰动DOM图进行叠加分析，未超出防治责任范围的判断为“合格”，超出防治责任范围的判定为“超防治责任范围”，并计算超出扰动面积占水保方案批复的防治责任范围的比例。

2）弃渣量及水保措施分析判断。弃渣量由大疆软件测量，同时与水保方案中的地形数据进行比较，获取弃渣量。水保工程措施与方案设计值进行对比，弃渣量及水保措施均符合方案设计值。

3）植物措施分析判断。弃渣场经过平整后，具备了土地资源再利用基础，却没有采取人工恢复措施，只是自然恢复。经过1年多的自然恢复，10%以上盖度的面积占71.2%，林草覆盖率比较低，在降雨的冲刷下产生水土流失，影响弃渣场生态恢复进程。对此，监督检查提出弃渣场整改要求：一是补充斜坡防护措施，采用工程防护或植物防护等措施；二是平台区在土壤条件差的地方可采取客土改良，增加植物措施防护，人工加速植被恢复进程。

3 应用建议

实践表明，采用无人机进行事中监督检查，通过定量计算结合重点区域现场检查，可排查项目地点规模变化、未批先弃、水土保持方案超范围未变更等违法违规问题，极大提高了监管工作质量和效率，在未来的水土保持监管中可以广泛应用。

建议相关部门进一步加强水土保持临时措施监管，强化临时措施监测技术手段，尤其是临时挡土、临时排水、防尘网覆盖等措施尺度较小的临时措施监测研究，研究其快速分类的方法，如防尘网等，可实现对临时措施的快速辨认和测量，而不是仅仅靠目视解译，由此实现对生产建设项目全过程监管，实现精细化监管。