林順海，陳 峰，趙國(guó)慶，張 鵬

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 31000 2）

基于“河長(zhǎng)制”下無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用探討

林順海，陳 峰，趙國(guó)慶，張 鵬

（浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 31000 2）

通過技術(shù)手段，大力助推河長(zhǎng)制的實(shí)施和有效管理，是一個(gè)新興的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是集多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)為一體的新型技術(shù)，具有自動(dòng)化、智能化和快速獲取國(guó)土、資源及環(huán)境等空間遙感信息的優(yōu)點(diǎn)。在分析無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以上虞區(qū)河道治理為實(shí)例，利用多個(gè)無(wú)人機(jī)航測(cè)產(chǎn)品，推動(dòng)和提升河長(zhǎng)制下的河道治理等多方面的綜合管理。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)；河長(zhǎng)制；河道管理

1 問題的提出

河流和湖泊具有重要的資源功能和生態(tài)功能，是洪水的通道、水資源的載體、生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，在防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)、生態(tài)等方面發(fā)揮了重要的作用，有力支撐了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，取得了顯著的綜合效益。但河湖管理保護(hù)仍面臨不少問題，一些地方侵占河道、圍墾湖泊、超標(biāo)排污、非法采砂等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響河湖防洪、供水、航運(yùn)、生態(tài)等功能發(fā)揮。因此，為落實(shí)綠色發(fā)展理念、推進(jìn)水生態(tài)文明建設(shè)，有力促進(jìn)水資源保護(hù)、水域岸線管理、水污染防治、水環(huán)境治理等工作，著力解決當(dāng)前復(fù)雜水問題、維護(hù)河湖健康生命，完善水環(huán)境治理體系、保障國(guó)家水安全的制度創(chuàng)新，進(jìn)一步加強(qiáng)河湖管理保護(hù)工作，落實(shí)屬地責(zé)任，健全長(zhǎng)效機(jī)制，2016年12月11日，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳公布了《關(guān)于全面推行河長(zhǎng)制的意見》。

河長(zhǎng)制是近幾年我國(guó)在河湖綜合保護(hù)治理等方面大力推廣的制度之一，研究較多的是對(duì)河長(zhǎng)制下的管理模式應(yīng)用探討，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度、法學(xué)角度對(duì)河長(zhǎng)制進(jìn)行評(píng)析，又或者對(duì)某一地區(qū)的河長(zhǎng)制的實(shí)施現(xiàn)狀以及意義進(jìn)行分析和探討。但從助推河長(zhǎng)制實(shí)施的各種技術(shù)角度進(jìn)行的研究較少，因此，開展這方面的研究具有非常重要的意義。隨著無(wú)人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展，以及遙感技術(shù)的快速發(fā)展，本文創(chuàng)新性的開展了基于河長(zhǎng)制下的無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用研究，通過利用無(wú)人機(jī)航拍提供的各種成果，發(fā)揮無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在河道保潔、岸線保護(hù)等方面的服務(wù)保障能力，對(duì)支撐河長(zhǎng)制工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)及其特點(diǎn)

2.1 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)

隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用傳感器（遙感器）對(duì)遠(yuǎn)距離地物所輻射和反射的電磁波信息，進(jìn)行收集、處理并成像的綜合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，即遙感科學(xué)與技術(shù)。其具有大面積同步觀測(cè)、獲取信息速度快、周期短、成本低、精度較高等特點(diǎn)。根據(jù)遙感工作平臺(tái)區(qū)分，可分為地面遙感、航空遙感、航天遙感等。低空遙感至今沒有一個(gè)確切的定義，廣義上一般認(rèn)為高度在1 000 m以下的航空遙感稱為低空遙感[1 - 3]。

因搭載平臺(tái)的限制，低空遙感多指應(yīng)用無(wú)人飛行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）進(jìn)行作業(yè)。伴隨著無(wú)人飛行器的發(fā)展，近年來(lái)，無(wú)人飛行器將其自身特點(diǎn)與航空攝影測(cè)量相結(jié)合，成為攝影測(cè)量與遙感的新平臺(tái)被引入測(cè)繪行業(yè)，成為一個(gè)新的發(fā)展方向。

無(wú)人機(jī)（UAV）是通過無(wú)線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的無(wú)人駕駛飛行器，通過搭載數(shù)碼相機(jī)、多光譜成像儀、三維激光掃描儀等設(shè)備，可執(zhí)行多目標(biāo)任務(wù)。按無(wú)人機(jī)系統(tǒng)組成和飛行特點(diǎn)，可分為無(wú)人固定翼機(jī)、無(wú)人多旋翼飛行器、無(wú)人飛艇和無(wú)人直升機(jī)型等類別。

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是集先進(jìn)的無(wú)人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)為一體的新型應(yīng)用技術(shù)[4-5]。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是遙感科技的重要組成部分，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展對(duì)遙感數(shù)據(jù)需求的日益提高，無(wú)人機(jī)遙感以其全天時(shí)、實(shí)時(shí)化、高分辨率、靈活機(jī)動(dòng)、高性價(jià)比等優(yōu)勢(shì)，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、土地利用調(diào)查、水利、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估、礦產(chǎn)資源勘探、測(cè)繪等國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，成為繼衛(wèi)星遙感和常規(guī)航空遙感技術(shù)之后的新興發(fā)展方向，發(fā)展?jié)摿薮?，?yīng)用前景廣闊。

2.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)優(yōu)勢(shì)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有：

（1）機(jī)動(dòng)、靈活、快速。能快速到達(dá)指定目標(biāo)區(qū)域，起降場(chǎng)地要求低，可在15 ～ 30 min完成組裝、調(diào)試和起飛。

（2）操作簡(jiǎn)單，越來(lái)越智能化、自動(dòng)化?？梢酝ㄟ^事先設(shè)制的飛行路線，在飛行中進(jìn)行校對(duì)和調(diào)整，對(duì)目標(biāo)精確航拍。具備故障自動(dòng)診斷及顯示功能，如果發(fā)生故障，會(huì)自動(dòng)返航等待故障排除。

（3）體積小、成本低。操控簡(jiǎn)單，培訓(xùn)時(shí)間較短，設(shè)備存放、維護(hù)比較簡(jiǎn)便，可節(jié)省調(diào)試、停機(jī)等費(fèi)用。

（4）數(shù)據(jù)處理速度快。借助無(wú)人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，幾小時(shí)就可獲取遙感數(shù)據(jù)。

（5）影像分辨率高。遙感影像分辨率高、成像效果清晰，可垂直或傾斜成像，在200 m高的空中可拍攝地面5 cm大小物體，而一般衛(wèi)星和航拍只能分辨地面50 cm大小的物體。

（6）數(shù)據(jù)精度高。可顯示平面和三維場(chǎng)景影像及三維數(shù)據(jù)信息。

2.3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)助推河長(zhǎng)制

《關(guān)于全面推行河長(zhǎng)制的意見》中，明確提出了加強(qiáng)河湖水域岸線管理保護(hù)，加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)管、建立河湖日常監(jiān)管巡查制度、實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管等方面的主要內(nèi)容。另外，河湖經(jīng)過專項(xiàng)專人的治理之后，對(duì)于成果的復(fù)核和后期的監(jiān)督評(píng)價(jià)同樣是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。無(wú)人機(jī)具有快速出動(dòng)，大范圍探測(cè)等特點(diǎn)，可提供高清視頻和正射影像等其他航測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在大量的數(shù)據(jù)支持下，無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)可以有效彌補(bǔ)人力現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核和監(jiān)督不到位等缺點(diǎn)和不足，同時(shí)也可在河湖動(dòng)態(tài)監(jiān)管和日常巡查等方面發(fā)揮巨大作用。

3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在“河長(zhǎng)制”下的應(yīng)用

3.1 治理對(duì)象和區(qū)域

河長(zhǎng)制是從河流水質(zhì)改善領(lǐng)導(dǎo)督辦制、環(huán)保問責(zé)制衍生出來(lái)的水污染治理制度，由各級(jí)黨政主要負(fù)責(zé)人擔(dān)任河長(zhǎng)，負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)河流的污染治理，使河流保持河清水潔、岸綠魚游的良好生態(tài)環(huán)境。本文以紹興市上虞區(qū)的河道治理為研究對(duì)象，利用無(wú)人機(jī)航拍的各種成果，實(shí)現(xiàn)河道保潔、河湖監(jiān)管等方面的創(chuàng)新，極大提高了河長(zhǎng)制下的工作效率。

3.2 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)成果應(yīng)用

3.2.1 航拍影像應(yīng)用

無(wú)人機(jī)航拍是以無(wú)人機(jī)作為空中平臺(tái)，以機(jī)載遙感設(shè)備，如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀、激光掃描儀、磁測(cè)儀等獲取信息，用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理，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、小面積、高現(xiàn)勢(shì)性等優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)人機(jī)航拍作業(yè)需要經(jīng)過飛行前的路線規(guī)劃、飛行前檢查、飛行準(zhǔn)備，到起飛后的監(jiān)控，直到飛行結(jié)束，數(shù)據(jù)導(dǎo)出，飛后維護(hù)、飛行故障處理等過程，最后是數(shù)據(jù)處理，成果檢驗(yàn)和提交。無(wú)人機(jī)航拍視頻的工作流程見圖1，飛行作業(yè)前，無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃以及參數(shù)設(shè)置示例見圖2。

圖1 無(wú)人機(jī)航拍視頻流程圖

圖2 無(wú)人機(jī)航線規(guī)劃以及參數(shù)設(shè)置圖

通過分析無(wú)人機(jī)航拍獲取的高清航拍影像，航拍影像應(yīng)用展示見圖3，紅線區(qū)域內(nèi)為河道范圍，可以清晰的看到水面上的漂浮物和垃圾，以及水污染區(qū)域。能第一時(shí)間直觀地掌握污染物類別、范圍、大小以及擴(kuò)散情況。

圖3 無(wú)人機(jī)航拍影像應(yīng)用展示圖

利用無(wú)人機(jī)航拍影像，不僅僅可對(duì)河湖污染源、水域污染區(qū)域、水面漂浮物等情況進(jìn)行檢查和復(fù)核，還可以對(duì)非法占用水域、圍墾湖泊、非法采砂等現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為河長(zhǎng)全面掌握管轄范圍內(nèi)河湖水環(huán)境現(xiàn)狀和執(zhí)法監(jiān)管提供實(shí)時(shí)航拍影像證據(jù)。

3.2.2 數(shù)字正射影像圖應(yīng)用

利用攝影測(cè)量技術(shù)，對(duì)無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，并按一定圖幅范圍裁剪得到被測(cè)地區(qū)的數(shù)字正射影像圖。數(shù)字正射影像同時(shí)具有地圖的幾何精度和影像的視覺特征，具有精度高、信息豐富、直觀逼真、可讀性高等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。數(shù)字正射影像的數(shù)據(jù)處理需經(jīng)過影像畸變糾正、空三加密、DEM編輯、單片糾正和鑲嵌勻色等步驟，影像生成正射影像圖流程見圖4。

圖4 無(wú)人機(jī)影像生成正射影像圖流程圖

單張影像無(wú)法全面展示測(cè)區(qū)情況，而利用無(wú)人機(jī)影像制作的正射影像圖，是將許多單張影像進(jìn)行鑲嵌拼接而成的，不僅具有高清晰的視覺特征，更有高清度的幾何特征，具備可量測(cè)的特性。圖5為正射影像圖應(yīng)用展示，根據(jù)正射影像中反應(yīng)的實(shí)際情況，一共勾劃出3塊區(qū)域污染物的范圍，利用Arcgis軟件的統(tǒng)計(jì)分析功能，可以精確得到每一塊相應(yīng)區(qū)域的面積。

圖5 正射影像圖應(yīng)用展示圖

此外，在河湖岸線管理保護(hù)中，可按照河湖岸線管理保護(hù)規(guī)劃，在數(shù)字正射影像圖上劃定河湖管理保護(hù)權(quán)屬界線，并進(jìn)行政府公告，為河長(zhǎng)在嚴(yán)格管控河湖岸線等水生態(tài)空間提供法律依據(jù)?；跀?shù)字正射影像的可量測(cè)特性，通過對(duì)違法占用水域、圍墾湖泊、采砂等范圍分析、對(duì)比、計(jì)算，為河長(zhǎng)在解決河湖岸線亂占濫用、多占少用、占而不用等突出問題開展清理整治，為恢復(fù)河湖水域岸線生態(tài)功能和執(zhí)法監(jiān)管提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.2.3 空中3 6 0°全景影像應(yīng)用

空中全景航攝是指利用無(wú)人機(jī)對(duì)三維空間的影像進(jìn)行完整拍攝，并通過專業(yè)軟件處理技術(shù)，可水平視角360°、垂直視角180°進(jìn)行動(dòng)態(tài)漫游瀏覽影像的攝影技術(shù)。空中360°全景影像具有真實(shí)感強(qiáng)、數(shù)據(jù)量小、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)，并可通過Flash或HTML5的WEB端展示，支持VR虛擬現(xiàn)實(shí)，并可通過VR設(shè)備浸入式體驗(yàn)。

利用空中全景影像，可以方便地放大、縮小、平移、切換場(chǎng)景，在分辨率允許的情況下可以便捷地查看場(chǎng)景細(xì)節(jié)等。對(duì)河湖排污口排污、水域污染區(qū)域、水面漂浮物、非法占用水域、圍墾湖泊、非法采砂等現(xiàn)象進(jìn)行360°全景瀏覽，為河長(zhǎng)分析、控制、整頓管轄范圍內(nèi)有害河湖健康安全等行為提供全方位服務(wù)。圖6為空中360°全景影像圖。

圖6 空中360°全景影像圖

4 結(jié) 語(yǔ)

在當(dāng)今河湖管理保護(hù)工作全面開展的大形勢(shì)下，利用各種先進(jìn)技術(shù)和方法提升有效的管理，是目前研究的熱點(diǎn)。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)具有分辨率高、靈活機(jī)動(dòng)、響應(yīng)速度快，實(shí)時(shí)性強(qiáng)、不受地形地貌等區(qū)域環(huán)境影響等優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)?；诖?，本文探討了無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在河長(zhǎng)制下的具體應(yīng)用，并結(jié)合上虞區(qū)河道管理，利用無(wú)人機(jī)航拍視頻以及數(shù)字正射影像，空中360°全景影像，不僅可以清晰地對(duì)河湖上的污染物進(jìn)行迅速的判讀、面積計(jì)算，同時(shí)也可以達(dá)到對(duì)河岸線進(jìn)行監(jiān)測(cè)等其他有效管理和治理的目的。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)是隨著遙感傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS定位技術(shù)和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)等不斷發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，因此，更大程度地發(fā)揮無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的特長(zhǎng)，在更多方面助推河長(zhǎng)制的實(shí)施，是今后研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

[1] 尹鵬飛，尹球，陳興峰，等．無(wú)人機(jī)航空遙感技術(shù)在震后災(zāi)情調(diào)查中的應(yīng)用[J]．激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2010(11)：130 - 134．

[2] 韓文權(quán)，任幼蓉，趙少華．無(wú)人機(jī)遙感在應(yīng)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害中的主要應(yīng)用[J].地理空間信息，2011(5)：6 - 8．

[3] 魯恒，李永樹，江禹．無(wú)人機(jī)影像數(shù)字處理及在地震災(zāi)區(qū)中的應(yīng)用[J]．西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，45(4)：533 - 538．

[4] 饒帥雄．利用UASMaster對(duì)無(wú)人機(jī)航空影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射影像制作方法的研究[J]．測(cè)繪通報(bào)，2015(S0)：216 - 218．

[5] 張利劍．淺談?wù)溆跋駡D的制作[J]．測(cè)繪與空間地理信息，2012，4(35)：193 - 194．

[6] 吳潔，陳曉嵐．?dāng)?shù)字正射影像圖在存量土地專項(xiàng)調(diào)查工作中的應(yīng)用[J]．測(cè)繪與空間地理信息，2010，33(4)：203 - 205．

[7] 馬東嶺，崔健，丁寧．一種數(shù)字正射影像圖制作方法[J]．測(cè)繪科學(xué)，2013，38(4)：188 - 189．

（責(zé)任編輯 黃 超）

TP79

B

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

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

2017-02-13

林順海(1963 - )，男，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)和測(cè)量質(zhì)量管理工作。

E - mail：540879986@qq.com