邢喬

重慶市河道事務(wù)中心 重慶 401147

引言

中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳于2016年聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于全面推行河長制的實(shí)施意見》明確要求加大河湖管理保護(hù)監(jiān)管力度，實(shí)行河湖動(dòng)態(tài)監(jiān)管。水利部印發(fā)的《加強(qiáng)水利行業(yè)監(jiān)督工作的指導(dǎo)意見》也明確要求科學(xué)運(yùn)用監(jiān)督檢查方式，大力推行“線索核查法”和“四不兩直”暗查暗訪工作方式，確保監(jiān)督檢查工作成果可靠。為全面貫徹重慶市第1、2、3、4號(hào)總河長令精神，落實(shí)市委市政府常態(tài)化開展暗查暗訪的工作要求，切實(shí)推進(jìn)全市各流域“三排”“三亂”“三率”等問題全覆蓋排查整改，加快筑牢長江上游重要生態(tài)屏障，不斷引入新技術(shù)助力河流管護(hù)突擊檢查、流動(dòng)排查、暗訪巡查，推動(dòng)河道管護(hù)數(shù)字化和信息化建設(shè)正逐漸成為主流。近年來，小型無人機(jī)在我市河流管護(hù)及監(jiān)督檢查工作中逐步普及，在一定程度上滿足了各級(jí)河長以及相關(guān)部門對(duì)動(dòng)態(tài)的、海量的河道信息及時(shí)更新的迫切需求，是河流管理模式的創(chuàng)新。

1 巡河現(xiàn)狀

目前，很多地方仍在采取人工徒步的方式巡河，在投入大量人力和物力之后發(fā)現(xiàn)巡河效果不佳，尤其對(duì)于一些流域面積較大、地形復(fù)雜的河段，不僅無法保證巡河查河質(zhì)量，更不能實(shí)現(xiàn)巡查的全覆蓋。傳統(tǒng)的暗訪巡查也基本依靠人工沿著河邊、在橋上或者是坐船進(jìn)行觀察、取證、拍攝，工作環(huán)境復(fù)雜、交通不便導(dǎo)致暗訪巡查耗費(fèi)時(shí)間長、效率低、人財(cái)物耗費(fèi)高，工作成果與預(yù)期目標(biāo)存在差距，還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

利用衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行河道巡查檢查，具有效率高、覆蓋全面等特點(diǎn)，但由于河道流經(jīng)范圍廣，衛(wèi)星遙感影像獲取成本高導(dǎo)致影像更新速率較低、費(fèi)用偏高，在實(shí)際應(yīng)用中受到較大限制，不適合常態(tài)化巡查監(jiān)督工作。小型無人機(jī)便于攜帶，操作簡單方便且機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，可清晰、直觀展示河道管理范圍內(nèi)的地物地貌，利用無人機(jī)開展巡河可有效解決上述問題，與衛(wèi)星遙感監(jiān)測形成良好互補(bǔ)，確保巡查不留盲區(qū)，有效地提高了暗訪巡查工作的效率和質(zhì)量。

2 常用機(jī)型

在重慶市的河流管護(hù)中較為普遍使用起飛重量小于4kg的微型、小型無人機(jī)，主要型號(hào)有大疆精靈4RTK、御2行業(yè)版兩款。

2.1 大疆精靈4RTK

該型無人機(jī)配置1英寸2000萬像素傳感器捕捉高清影像，在100m飛行高度拍攝圖像的分辨率可達(dá)到厘米級(jí)；支持連接DRK2高精度GNss移動(dòng)站，可通過4G無線網(wǎng)卡或Wi-Fi熱點(diǎn)與NTRP連接，同時(shí)支持自行架設(shè)RTK基站。該機(jī)型可提供攝影測量和航點(diǎn)飛行兩種航線規(guī)劃模式。在航線規(guī)劃模式下，可自行選擇無人機(jī)的飛行航線，自由調(diào)整重疊率、高度、速度、拍攝參數(shù)等，作業(yè)流程自動(dòng)化?？商峁┮惑w化、高時(shí)效性、高精度的正射影像生成解決方案，即飛即用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速上傳處理。

2.2 御2行業(yè)雙光版

御2行業(yè)雙光版采用折疊機(jī)翼，機(jī)型較小便于攜帶，支持2倍光學(xué)變焦和3倍數(shù)碼變焦，可拍攝4K/1080p視頻，1200萬像素靜態(tài)照片；可搭載探照燈、喊話器、夜航燈等專用配件，滿足不同任務(wù)與應(yīng)用場景的需求；支持關(guān)閉所有LED燈，在隱蔽模式下執(zhí)行特殊任務(wù)，保障飛行安全。

3 工作優(yōu)勢

無人機(jī)作為遙感影像獲取設(shè)備，結(jié)合外業(yè)調(diào)查，可以有效提高河道管理保護(hù)工作效率。通過前期的使用，小型無人機(jī)體現(xiàn)出了高機(jī)動(dòng)性、高時(shí)效性、高分辨率等特點(diǎn)。

3.1 響應(yīng)能力強(qiáng)

垂直起降的多旋翼小型無人機(jī)，方便攜帶、操作簡便，對(duì)起降場地要求較低，基本可以做到即拿即飛，可以快速抵達(dá)特定的目標(biāo)地區(qū)，可滿足隨機(jī)性強(qiáng)和時(shí)效性要求高的暗訪巡查工作。突發(fā)事件中無人機(jī)的應(yīng)用，更能體現(xiàn)其在復(fù)雜地形和危險(xiǎn)區(qū)域擁有較強(qiáng)快速響應(yīng)能力的特點(diǎn)，通過無人機(jī)搭載的各類遙感設(shè)備可以快速采集數(shù)據(jù)，有利于指揮系統(tǒng)快速分析、處理問題，遠(yuǎn)程協(xié)同及聯(lián)席會(huì)商。

3.2 影像質(zhì)量高

利用無人機(jī)在100m的飛行高度進(jìn)行航拍，單張照片覆蓋面積約2000m2。航拍圖像能夠清晰辨別目標(biāo)對(duì)象與河流、周邊環(huán)境的位置關(guān)系，有助于檢查人員快速判斷有關(guān)行為是否違規(guī)違法；也能夠全面、直觀反映河道“四亂”問題現(xiàn)狀，快速對(duì)侵占河道岸線、非法采砂以及污水偷排直排等問題進(jìn)行精準(zhǔn)、高質(zhì)量取證。針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)，執(zhí)法人員和無人機(jī)駕駛員可以在相對(duì)安全的范圍內(nèi)開展監(jiān)控、取證作業(yè)，將信息數(shù)據(jù)及時(shí)、連續(xù)、高質(zhì)量回傳。特別是對(duì)車船無法抵達(dá)或有毒有害區(qū)域的監(jiān)控以及災(zāi)區(qū)的監(jiān)測、救援[1]，使用無人機(jī)具有明顯的優(yōu)勢。

3.3 使用低成本

日常使用中，多旋翼小型無人機(jī)維修養(yǎng)護(hù)頻次少，損耗較多的配件主要是機(jī)翼和電池，整體維保成本低。隨著無人機(jī)機(jī)身財(cái)產(chǎn)險(xiǎn)、第三方責(zé)任險(xiǎn)、飛手責(zé)任險(xiǎn)等保險(xiǎn)的引入，因自然災(zāi)害或意外事故造成無人機(jī)機(jī)身及掛載設(shè)備的財(cái)產(chǎn)損失，因無人機(jī)或無人機(jī)上墜落的物品造成第三者的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因被保險(xiǎn)人操作無人機(jī)發(fā)生意外事故導(dǎo)致第三方遭受人身傷亡或財(cái)產(chǎn)損失，都能得到有效保障，對(duì)無人機(jī)、第三方以及操作人員的保障大大提高，在一定程度上也降低了運(yùn)行成本。低使用成本對(duì)人財(cái)物相對(duì)拮據(jù)的偏遠(yuǎn)落后地區(qū)常態(tài)化開展河流巡查也起著重要的促進(jìn)作用。

3.4 數(shù)據(jù)功能強(qiáng)

通過無人機(jī)自身裝備以及搭載的不同數(shù)據(jù)采集設(shè)備，借助專業(yè)數(shù)據(jù)軟件對(duì)獲取的高分辨率正射影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可提供二、三維影像和地形、矢量、正射影像以及實(shí)景模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享以及人工模型數(shù)據(jù)展示、空間分析、多時(shí)相對(duì)比、測量、信息標(biāo)繪等功能，可為河道管理部門的快速?zèng)Q策、防災(zāi)減災(zāi)提供參考依據(jù)，為智慧水利建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。對(duì)缺少大比例尺地形圖或高分辨率影像資料的區(qū)域，此項(xiàng)優(yōu)勢更為明顯。

4 存在不足

通過前期在全市各地的探索使用，目前常用的幾款小型無人機(jī)也暴露出不足之處，使用過程中積累的龐大數(shù)據(jù)資料，對(duì)河流管護(hù)隊(duì)伍信息化水平建設(shè)也提出了更高的要求。

4.1 受天氣影響大

天氣狀況對(duì)小型無人機(jī)的信號(hào)接收、飛行安全、數(shù)據(jù)質(zhì)量都有較大影響。小型無人機(jī)在晴朗的天氣能夠發(fā)揮其最優(yōu)性能，但在風(fēng)速超過10m/s（五級(jí)風(fēng)）的天氣或者雷雨天氣基本無法正常使用；在霧霾天，會(huì)因能見度較低導(dǎo)致飛行存在一定的安全隱患，拍攝效果不佳。

4.2 飛行距離受限

理論狀態(tài)下小型無人機(jī)水平飛行距離可達(dá)7000m，但實(shí)際操作中，受電池電量、周邊建筑物、電力設(shè)施、植被及地形等因素影響，考慮到返航，單向飛行時(shí)間一般不超過25min，飛行半徑大多在1500m以內(nèi)。在高山峽谷地區(qū)，因信號(hào)接收、峽谷風(fēng)場等因素影響，飛行半徑會(huì)更短。實(shí)際飛行距離與理論飛行距離存在差距。

4.3 使用范圍受限

按照相關(guān)安全要求，受飛控系統(tǒng)限制，無人機(jī)在飛行密集區(qū)、人口稠密區(qū)、重點(diǎn)特殊地區(qū)、機(jī)場周邊的使用都會(huì)受到限制。用戶通過電子圍欄系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取相關(guān)受限資訊，可提前查詢部分因突發(fā)狀況造成的臨時(shí)限飛區(qū)域及一些長期禁止飛

行的區(qū)域，做好使用前準(zhǔn)備工作。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無人機(jī)的限制使用區(qū)域也將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展。

4.4 數(shù)據(jù)工作量大

由于重慶市實(shí)行的是扁平化管理結(jié)構(gòu)，市級(jí)部門直接聯(lián)系、指導(dǎo)區(qū)縣一級(jí)，并進(jìn)行具體事務(wù)的管理，市級(jí)要采集、存儲(chǔ)、處理、綜合應(yīng)用全市河流的數(shù)據(jù)資料，工作量非常龐大，對(duì)人員、設(shè)備、管理模式以及整個(gè)河流管護(hù)隊(duì)伍信息化水平建設(shè)都提出了更高的要求。我市的河流管護(hù)數(shù)字化工作起步較晚，其在水利行業(yè)的應(yīng)用，特別是“強(qiáng)監(jiān)管”背景下的河流監(jiān)管還處于探索階段，對(duì)數(shù)據(jù)的高效、高質(zhì)量運(yùn)用任重道遠(yuǎn)。

5 應(yīng)用拓展

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，河流管護(hù)需求越來越大，河流管護(hù)技術(shù)水平與需求之間的差距也越來越明顯。科技的不斷進(jìn)步，使得無人機(jī)設(shè)備在河流管護(hù)中的應(yīng)用也將不斷延伸拓展。

5.1 重點(diǎn)對(duì)象監(jiān)測

針對(duì)重點(diǎn)河流、重點(diǎn)河段或者水網(wǎng)密集區(qū)域，可以通過部署多臺(tái)套5G網(wǎng)聯(lián)全自動(dòng)無人機(jī)場，預(yù)設(shè)航線實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，發(fā)揮網(wǎng)格化管理優(yōu)勢?；趫D像視頻比對(duì)、識(shí)別技術(shù)，可以精準(zhǔn)識(shí)別運(yùn)輸車輛、船只、排污口、漂浮物等常見主體，發(fā)現(xiàn)侵占河道岸線、水質(zhì)污染、非法采砂等違法行為，并且在客戶端上自動(dòng)彈出報(bào)警提示，生成問題報(bào)告，助力河道精細(xì)化管理落地見效。

5.2 水污染光譜監(jiān)測

衛(wèi)星遙感影像受空間分辨率、時(shí)間、氣象等因素的影響，無法針對(duì)小范圍城市河流、水庫的排水口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測?；诟吖庾V數(shù)據(jù)波段數(shù)量多、光譜分辨率高等優(yōu)勢以及圖譜合一等特點(diǎn)，利用無人機(jī)搭載高光譜成像儀獲取河流的光譜圖像信息，可實(shí)時(shí)觀察水體總氮、總磷、葉綠素、懸浮物、濁度等參數(shù)的變化，在一定程度上反映出河流的富營養(yǎng)和受污染程度，對(duì)污染源實(shí)現(xiàn)精確定位，判斷出水體富營養(yǎng)的原因。利用無人機(jī)搭載高光譜儀進(jìn)行水體監(jiān)測，具有迅速、準(zhǔn)確、范圍廣、時(shí)效性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以做到常規(guī)巡檢和應(yīng)急監(jiān)測一體化，提供更高效、便捷的河道水環(huán)境監(jiān)測方式。

5.3 數(shù)字化河道管理

通過無人機(jī)低空攝影測量可以完成目標(biāo)河流或流域1∶500至1∶2000比例尺的地形圖和正射影像圖測繪，結(jié)合行政區(qū)劃建立包含河道名稱、里程編號(hào)、起終點(diǎn)高程、比降、平均比降、長度、流域面積、侵占河道面積、污染源、建（構(gòu)）筑物等信息數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)庫[2]。相較人工測繪，無人機(jī)航測可以大大節(jié)約勘測時(shí)間。數(shù)據(jù)庫可為制定、修改“一河一策”方案提供基礎(chǔ)資料，進(jìn)一步明確各級(jí)河長的管治范圍，完善治理措施；可輔助河道治理工程設(shè)計(jì)，優(yōu)化工程總體布置，應(yīng)用于施工、運(yùn)維過程中的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控；可對(duì)涉河審批事項(xiàng)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息適時(shí)開展復(fù)核，及時(shí)處置違規(guī)行為，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視監(jiān)管。

5.4 可視化岸線管理

通過無人機(jī)采集岸線的正射影像、全景圖及全景視頻，并結(jié)合VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)涉水要素疊加展示、交互查詢、實(shí)時(shí)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、模擬仿真等功能[3]，可以對(duì)重點(diǎn)河段、重點(diǎn)區(qū)域構(gòu)建用于水域岸線監(jiān)管的數(shù)字孿生系統(tǒng)。將河道劃界成果和岸線保護(hù)利用規(guī)劃等成果導(dǎo)入河道數(shù)字孿生系統(tǒng)，可清晰、直觀展示河道管理范圍和兩線四區(qū)（臨水邊界線、外緣控制線，岸線保護(hù)區(qū)、岸線保留區(qū)、岸線控制利用區(qū)、岸線開發(fā)利用區(qū)）內(nèi)的最新狀態(tài)，實(shí)時(shí)反饋河道管理范圍內(nèi)及周邊的各類涉河行為，實(shí)現(xiàn)可視化岸線管理。

6 結(jié)束語

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，涉河項(xiàng)目已涉及多領(lǐng)域、多行業(yè)，我市河流管理基礎(chǔ)工作薄弱，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全，無法動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)掌握情況。在國家不斷加強(qiáng)水環(huán)境治理工作，深入推進(jìn)河湖“清四亂”常態(tài)化、規(guī)范化的背景下，利用日新月異的技術(shù)手段來促推河流管理保護(hù)工作數(shù)字化發(fā)展已是大勢所趨。無人機(jī)設(shè)備作為完善監(jiān)測監(jiān)控體系，打造“天、空、地、人”立體化監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)的重要手段之一，在及時(shí)掌握河湖水環(huán)境、水質(zhì)、水生態(tài)和水域面積變化情況、岸線開發(fā)利用狀況、河道采砂管理情況、強(qiáng)化信息互聯(lián)互通等方面將發(fā)揮重要作用。由此可見，無人機(jī)在我市河流管護(hù)工作中的深入應(yīng)用，是落實(shí)河長制各項(xiàng)任務(wù)的需要，是提升河道管理信息化程度的必然選擇，將進(jìn)一步為河道保護(hù)、水環(huán)境治理、涵養(yǎng)水源提供有效的數(shù)據(jù)支撐，助力“河長制”打造水清岸綠的良好生態(tài)。