無人機技術在生產建設項目水土保持設施自主驗收核查中的應用與思考

陳 宇，凌 峰

（海河水利委員會海河流域水土保持監測中心站，天津 300170）

利用無人機技術開展生產建設項目水土保持自主驗收核查能全面、準確、及時地反映生產建設項目水土保持措施落實現狀，對比生產建設項目水土保持相關文件資料，更能科學高效地判斷出生產建設項目水土保持自主驗收工作是否符合水土保持設施驗收標準和條件。但由于傳統的核查方法外業工作周期長、獲取信息不全面、數據無法溯源，無法滿足新時期監管工作的自動化、快速化和信息化的新要求，尤其是公路、鐵路、輸變電工程等線型工程由于線路長、取棄土（渣）場多、開挖回填方量大等特點[1，2]，對水土保持強監管工作帶來了極大挑戰。本文以某鐵路工程水土保持自主驗收核查為例，引入無人機技術，探討了水土保持自主驗收核查工作的新方法，分析了自主驗收核查工作中的重點和難點，在此基礎上提出無人機技術在水土保持自主驗收核查中還需解決的問題和思路，以期為開展生產建設項目水土保持自主驗收核查提供參考。

1 工程概況

該鐵路工程正線全長500余km，涉及路基工程區、站場工程區、橋梁工程區、隧道工程區、取土場區、棄渣場區、施工便道區、施工生產生活區8個水土保持防治分區。工程建設周期5 a，具有建設線路長、85%以上線路處于山區且擾動和破壞地表及植被面積大、挖填棄土石方量大、棄渣場和施工營地數量多特點。

2 基于無人機技術的自主驗收核查工作流程

根據《水利部辦公廳關于印發生產建設項目水土保持設施自主驗收規程（試行）的通知》（水保〔2018〕133號）、《水利部辦公廳關于印發生產建設項目水土保持監督管理辦法的通知》（辦水保〔2019〕172號）等相關規范要求，選取生產建設項目需要現場檢查的位置，并利用無人機對現場位置進行航拍、數據處理和信息提取，結合收集到的水土保持相關文件資料，對水土保持設施建設完成情況、水土保持設施數量、水土保持防治效果等進行復核，在此基礎上判斷生產建設項目水土保持自主驗收工作是否符合水土保持設施驗收標準和條件。自主驗收核查工作流程，如圖1所示。

圖1 自主驗收核查工作流程

2.1 水土保持相關資料收集

收集項目水土保持相關文件資料，包括批復的水土保持方案、后續設計及變更材料、工程施工總結、水土保持監理報告、水土保持監測報告、水土保持自主驗收報告及驗收鑒定書等圖文資料以及相應矢量文件等。

2.2 選取現場核查位置

根據自主驗收核查相關要求，選取生產建設項目需要現場核查的位置。位置選取覆蓋各分區、主要工程措施和植物措施，且具有代表性，其中3級（含）以上棄渣場全覆蓋。取土場還未啟用，故本次不做檢查。該工程選取的現場位置情況，詳見表1。

表1 工程水土保持防治分區、措施類型以及選取的核查對象情況

2.3 現場調查

利用無人機對所選取的現場核查對象進行傾斜攝影或航拍，獲取三維建模照片、全景照片、局部照片和視頻資料。

2.4 影像解譯

采用三維建模軟件分別對需要量測的核查對象進行三維建模，生成DOM和三維模型等成果，并利用GIS軟件進行解譯，重點分析擾動面積、水土保持措施類型及數量等內容。

2.5 內業復核

基于影像解譯結果，結合收集到的水土保持相關資料，根據水土保持設施驗收標準和條件，復核自主驗收工作是否符合驗收程序、項目是否依法依規履行水土保持方案及重大變更的編報審批程序、是否依法依規開展水土保持監測和監理、廢棄的土石渣是否堆放在經批準的水土保持方案確定的專門存放地、水土保持措施體系等級和標準是否按經批準的水土保持方案落實、重要防護對象是否有安全穩定結論、水土保持分部工程和單位工程是否經驗收合格、水土保持報告等材料是否弄虛作假或存在重大技術問題、是否依法依規繳納水土保持補償費等。

2.6 核查結論及建議

根據外業航飛和內業復核情況，形成生產建設項目水土保持設施自主驗收核查結論，對符合驗收程序、標準和條件的，給出“水土保持設施驗收程序履行、驗收標準和條件執行方面未發現嚴重問題”的結論；對不符合驗收程序或不滿足驗收標準和條件的，給出“視同為水土保持設施驗收不合格”的結論。同時，對水土保持自主驗收工作中發現的問題提出相應的整改建議。

3 工作中的重點和難點

3.1 核查位置選擇

核查位置的選擇關系到是否能全面客觀準確地反映生產建設項目水土保持措施落實現狀，因此應結合工程水土保持分區、水土保持措施類型以及重要防護對象等因素綜合選擇，且具有代表性。結合該工程施工平面圖、重要防護對象位置圖和歷史遙感影像，核查位置選擇做到覆蓋所有水土保持分區、水土保持措施類型，所有水土保持分區核查比例均在10%以上，其中棄渣場分區核查比例達30%以上且3級以上棄渣場全覆蓋。

3.2 無人機航拍影像信息提取

無人機影像信息提取是核查的關鍵，提取的信息主要包括擾動面積、水土保持措施類型及數量等內容。其中，從現場的航拍照片和視頻上直觀判斷生產建設項目實施的水土保持措施體系是否完善，有無水土流失隱患；從DOM和三維模型上提取核查對象的工程措施、植物措施類型及數量。路基工程區、施工便道區采用單位路段取平均值估算總路段的水土保持措施類型及數量。

3.3 內業復核

根據無人機航拍影像提取的信息，結合生產建設項目水土保持文件資料，復核生產建設項目水土保持自主驗收核查工作是否符合水土保持設施驗收標準和條件。具體復核內容、對比材料和復核結果情況，詳見表2。其中，重點關注水土保持監測、監理原始資料和報送的季度、年度報告是否齊全以及報告中數據是否前后吻合；重要防護對象如棄渣場的位置、水土保持措施落實是否符合設計要求；分部工程和單位工程驗收時間、驗收事項等情況；6項指標和水土保持投資計算是否合理正確等。

表2 復核內容、對比材料和復核結果情況

4 問題與思考

4.1 禁飛區內的復核

由于部分生產建設項目涉及無人機禁飛區，無法進行航拍獲取生產建設項目水土保持措施實施現狀。而水土保持設施驗收核查工作一般都在工程完工1 a甚至更長時間后才進行，因此在類似區域進行生產建設項目水土保持設施自主驗收核查時，可以選擇利用遙感影像結合現場調查的方式進行復核。但由于遙感影像的時相和分辨率無法與無人機獲取的影像相比，只能粗略地提取水土保持措施的類型數量作為復核依據，因此在實際復核時，再結合監理、監測資料進行數據印證復核。

4.2 方量復核

利用無人機數據生成的三維模型量測棄渣場方量復核時，由于沒有棄渣場原始地貌，直接量測出來的數據是根據某一高程估算的數值，不能準確地反映棄渣方量[3]；如果棄渣場植被恢復較好時，由于植被高度的影響量測棄渣方量也會相應地高估。因此，在利用無人機航拍影像進行棄渣方量復核時，無法計算出準確的方量。但由于棄渣方量的復核只需復核是否超出設計棄渣量的20%，對于溝谷型棄渣場來說，堆渣越高所占面積越大，所以只需量測棄渣場的頂面面積和堆渣高度，如果量測的棄渣場頂面面積和堆渣高度的乘積超過二者設計值乘積的20%，那么基本可以判定該棄渣方量超過設計棄渣方量的20%，再結合實地調查和監理監測資料相互印證復核。

4.3 無人機機型的選擇

對涉及山區的鐵路工程來說，由于受山體遮擋信號的影響，多旋翼無人機航拍復核時需要抵進復核位置才能航拍，大大降低了工作效率；而若使用固定翼無人機，盡管上傳航線任務后可以在信號受遮擋時依然執行航拍任務，但山區狹窄的地區很難選擇出適合固定翼無人機航飛的起降點；目前固定翼垂起無人機體型較大、攜帶不便，不適用于核查位置分散的自主驗收核查的無人機航拍。因此，應在外業核查之前確定核查位置，并在衛星遙感影像上觀察周邊環境情況，結合無人機特點，選擇所需使用的無人機機型，并做好核查線路規劃，以便提高現場核查效率。