航空攝影及遙感技術(shù)在移民監(jiān)督評估中的應(yīng)用

王國強，于晉軻

（1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院，北京100120；2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南鄭州450003）

隨著大規(guī)模水利水電工程的建設(shè)，移民工程的發(fā)展進入了新時代，它是一項龐大的系統(tǒng)工程，也是水利水電工程建設(shè)的重要組成部分。移民監(jiān)督評估單位作為獨立的第三方機構(gòu)，在建設(shè)征地移民安置實施過程中對工程整體的建設(shè)控制起到了關(guān)鍵作用。

傳統(tǒng)的移民監(jiān)督評估工作往往基于定點與巡回相結(jié)合的方式，采用走訪座談、檢查核查、抽樣調(diào)查、統(tǒng)計分析、查閱資料、實際測量等方法，對建設(shè)征地和移民安置的實施情況進行檢查和評價。同時，行業(yè)內(nèi)相關(guān)單位都在積極探索并建設(shè)符合自身業(yè)務(wù)需求的信息化系統(tǒng)。但是，目前部分信息化系統(tǒng)存在效率低下、新技術(shù)應(yīng)用滯后等問題，尤其是在工程進度控制方面。隨著移民工作要求不斷提高，傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)已很難滿足當前的工作需要。近年來航空攝影及遙感技術(shù)發(fā)展迅速，已在多行業(yè)、多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為此，針對現(xiàn)階段移民監(jiān)督評估工作的實際情況和存在的問題，本文提出將航空攝影及遙感技術(shù)應(yīng)用于移民監(jiān)督評估工作的技術(shù)解決方案，以期解決相關(guān)問題。

1 移民監(jiān)督評估的主要工作內(nèi)容

在實施過程中，移民監(jiān)督評估單位要能夠?qū)τ媱澋囊泼癜仓眠M度、投資、質(zhì)量、安全及移民生產(chǎn)生活水平進行監(jiān)督評估，盡早發(fā)現(xiàn)實施項目中存在的問題，減少失誤，獨立、公正地協(xié)調(diào)好各方關(guān)系，促進移民安置項目順利實施。

（1）對征地移民各類項目的進度管理，主要工作任務(wù)是監(jiān)督檢查移民安置實施項目是否嚴格按照下達的計劃要求開展工作，其中建設(shè)征地征收進度和安置點建設(shè)進度是重點控制的兩項內(nèi)容。當實施進度未能按照預(yù)定計劃完成時，應(yīng)對滯后情況提出監(jiān)督評估意見，及時報告業(yè)主委托方并研究提出整改建議，同時參與和協(xié)調(diào)解決實施中出現(xiàn)的問題，做到移民安置實施按擬定目標計劃進行，尤其對移民安置點的建設(shè)、征地拆遷及專業(yè)項目的建設(shè)等制約工程建設(shè)進度關(guān)鍵項目的建設(shè)進度，應(yīng)做到實時監(jiān)測，掌握第一手資料，評估項目實施進度，做好進度控制。

（2）對移民局等資金實施單位資金兌付使用情況的跟蹤檢查，分月度、季度和年度對各單項移民項目資金使用情況編制監(jiān)督評估報告。當實施單位報送的資金報表與計劃投資情況不相符時，提出監(jiān)督評估意見并形成報告上報于業(yè)主方，最終協(xié)助各方完成移民安置每階段資金統(tǒng)計報表，確保知悉每部分資金的出處，做到有理有據(jù)。

（3）質(zhì)量監(jiān)督控制包括對實施單位提供的征地移民實施量進行監(jiān)督、移民工程建設(shè)實施及移民生產(chǎn)生活水平質(zhì)量控制和各項驗收工作質(zhì)量控制等。以批復(fù)的初設(shè)及實施規(guī)劃報告文件等為依據(jù)，跟蹤各項工程實施情況，抽樣或旁站進行檢查，若發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，則應(yīng)隨時拍照或錄像記錄，提出意見，及時報告業(yè)主委托方。

（4）移民搬遷前后生產(chǎn)、生活、收入、就業(yè)等水平的比較分析是工程建設(shè)的一個重要環(huán)節(jié)，關(guān)乎到水利工程建設(shè)的聲譽，應(yīng)對搬遷后的移民生產(chǎn)、生活條件進行抽樣監(jiān)測跟蹤，多因素客觀分析評估搬遷后移民的實際生活情況，對移民搬遷后存在的問題及時提出建議并總結(jié)上報。

2 航空攝影及遙感技術(shù)

航空攝影及遙感技術(shù)是測繪領(lǐng)域近些年獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較為常用的一項技術(shù)，它將多臺高分辨率相機和各類傳感器搭載在飛行平臺上（一般為旋翼或固定翼無人機），通過動態(tài)調(diào)整無人機飛行高度、飛行姿態(tài)等，實現(xiàn)不同視角動態(tài)采集監(jiān)測對象表面模型數(shù)據(jù)及其他非RGB波段的信息。

對于移民實施過程中建設(shè)征地、庫底清理和專業(yè)項目建設(shè)3種場景，主要是利用無人機影像進行地物的分割、分類和識別，一種是利用光譜信息計算地物指數(shù)構(gòu)建分類特征，結(jié)合人工解譯方法實現(xiàn)地表區(qū)域的識別；二是采用圖像增強和紋理濾波的方法，挖掘影像結(jié)構(gòu)和紋理等信息，對各類地表地物進行識別[1]。本文利用航空攝影及遙感技術(shù)獲取的影像數(shù)據(jù)目前只有紅、綠、藍3種波段的可見光影像，需要借助RGB色彩信息并結(jié)合紋理濾波和色彩增強技術(shù)，首先進行影像分割（分割大小可自由設(shè)置，分割越小數(shù)據(jù)量越大），然后人工篩選確定分類特征并建立樣本，進而使用機器學(xué)習(xí)算法進行樣本訓(xùn)練和優(yōu)化，最終獲得分類后的影像結(jié)果。分割后的土地圖斑在高分影像上的光譜特征比較豐富，在基于深度學(xué)習(xí)算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機進行影像分類時，加入影像的形狀、陰影、紋理空間特征以及亮度、色調(diào)等影像波譜信息，可形成非線性模型映射的多元異構(gòu)層的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)。

影像的異構(gòu)性F包含了波譜信息和空間特征兩方面，其計算公式為

式中：g（0≤g≤1）為波譜特征異構(gòu)性的權(quán)值；x為波譜特征異構(gòu)性；y為空間特征異構(gòu)性。

x、y的計算公式分別為

式中：ρi為第i影像層的權(quán)值；σi為第i影像層光譜值的標準差；w（0≤w≤1）為影像整體的緊密度所占權(quán)值；u為影像整體的緊密度；v為影像圖斑邊界的拓撲合理準確度。

u、v的計算公式分別為

式中：E為影像圖斑邊界的實際長度；N為影像的像元總數(shù)；L為影像圖斑的邊界總長度。

對于安置點建設(shè)進度監(jiān)管，利用無人機搭載高清攝像平臺采集原始影像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括GNSS位置信息、相機角度修正信息、多角度綜合記錄信息等，當原始數(shù)據(jù)采集后，利用相機參數(shù)、航片、GNSS信息等一一對應(yīng)的關(guān)系建立航片之間的關(guān)系，然后利用Skyline Photomesh軟件對其進行處理，由航片拼接—關(guān)鍵點—空中三角測量加密—白模制作—紋理貼圖—最終導(dǎo)出結(jié)果的步驟得到可使用的基礎(chǔ)傾斜三維實景模型，區(qū)域整體三維建模方法見圖1。

圖1 區(qū)域整體三維建模方法

3 動態(tài)監(jiān)管的應(yīng)用

航空攝影及遙感技術(shù)在移民監(jiān)督評估中的應(yīng)用集中體現(xiàn)在對移民項目實施進度控制，首先根據(jù)各場景需求獲取航空攝影圖像、遙感衛(wèi)片及其他輔助資料，然后對各待監(jiān)測分析的對象進行單獨分析。以技施階段安置點的施工圖設(shè)計成果為例，利用相關(guān)技術(shù)對相關(guān)設(shè)計成果進行建模；對征地范圍內(nèi)的不同地類、植被、構(gòu)（建）筑物以及專業(yè)項目實施中不同材料的遙感波段特性進行分析統(tǒng)計判斷，進而得到待監(jiān)測對象的狀態(tài)，從而實現(xiàn)對各場景的監(jiān)管應(yīng)用。

3.1 建設(shè)征地及庫底清理進度控制

以建設(shè)征地處理范圍內(nèi)的不同地類、植被、構(gòu)（建）筑物的波段分析成果為基礎(chǔ)，通過航空攝影及遙感，利用建設(shè)征地處理范圍內(nèi)不同監(jiān)測對象的波段顯示差異，檢查每個征地區(qū)域邊界，自動分析征地拆遷及庫底清理的實施進度，并根據(jù)分析成果統(tǒng)計實施面積，實現(xiàn)建設(shè)征地拆遷、清表及庫底清理的動態(tài)進度監(jiān)測。

此外，對設(shè)計提供的農(nóng)村實物調(diào)查成果進行內(nèi)外業(yè)質(zhì)量檢查也是移民監(jiān)督評估的工作之一，必須對提交的成果進行質(zhì)量檢查、圖斑屬性一致性檢查、圖斑邊界檢查和屬性正確性檢查，確保農(nóng)村實物調(diào)查成果的真實性和準確性。該項檢查可以把航飛影像和遙感影像作為底圖，通過影像的自動解譯判斷分析，分類得到建設(shè)征地處理范圍內(nèi)所有地物的范圍及屬性，進而與提交成果進行比較分析，從而完成對成果的檢查判斷，檢查判斷實例見圖2。

圖2 影像解譯成果與提交成果對比

3.2 安置點建設(shè)進度控制

基于傾斜攝影測量技術(shù)，以建立的安置點建筑物表面模型為基礎(chǔ)，在實施過程中對不同時段的安置點建設(shè)現(xiàn)場進行航空攝影測量，獲取豐富的影像數(shù)據(jù)，并利用三維輕量化建模處理技術(shù)生成傾斜三維實景模型體。將CAD設(shè)計圖紙或GIS圖與傾斜三維模型進行三維空間體的疊加分析，對每個建筑物進行剝離形成單體；當確定單個單體后，獲取單體表面的所有三維點坐標信息，分析大量點的坐標信息并計算建筑物模型單體的面積及高度等屬性信息，比對水平面與建筑物當前建設(shè)高程，從而判斷不同時期的安置點單體建設(shè)進度情況，最終獲取整體的建設(shè)情況，自動判別生成進度報表文檔，最終實現(xiàn)對安置點建設(shè)進度的動態(tài)監(jiān)測與監(jiān)管。安置點建設(shè)進度的雙屏對比效果見圖3。

圖3 不同日期安置點建設(shè)進度判斷比較

3.3 專業(yè)項目建設(shè)進度控制

專業(yè)項目中的道路及橋梁類工程進度智慧監(jiān)管主要基于二維航飛或遙感影像數(shù)據(jù)，采用計算機視覺技術(shù)和機器學(xué)習(xí)算法對影像進行自動分割提取，判斷各個影像分割塊的狀態(tài)，進而得出整個施工路段的施工狀態(tài)。以專業(yè)項目中的道路類工程為例，在道路施工過程中，通過無人機對整個工程區(qū)進行航飛來獲取二維影像圖，基于道路建設(shè)工序（路基—水穩(wěn)層—路面）以及不同工序中施工材料的波段特性不同，利用影像解譯處理手段提取影像專題要素，自動分析建設(shè)工序階段及進度，分辨出當前道路所屬施工階段，并分析統(tǒng)計各階段建設(shè)長度及施工工程量，實現(xiàn)道路類移民工程的進度動態(tài)監(jiān)測，見圖4（圖4中紅色部分為泥質(zhì)砂礫路段，還未建設(shè)完成，綠色部分為已鋪設(shè)柏油路段）。

圖4 道路類移民工程施工進度判斷

4 結(jié) 語

征地移民安置問題作為水利水電工程建設(shè)中最主要的問題之一，其實施進度及推進程度直接影響著控制水位選擇、項目投資規(guī)模、建設(shè)周期等，有時甚至可能制約工程立項。移民監(jiān)督評估單位作為項目業(yè)主的技術(shù)服務(wù)單位，必須積極主動地采用新技術(shù)、新手段，以便更好地履行自己的職責(zé)和責(zé)任。充分發(fā)揮信息化的作用，跨學(xué)科結(jié)合應(yīng)用相關(guān)專業(yè)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型算法，將這些先進的技術(shù)應(yīng)用于移民監(jiān)督評估工作中，不僅響應(yīng)了2018年在山東東平召開的全國水庫移民工作會議關(guān)于加強信息化建設(shè)和統(tǒng)計工作的要求，還可以大幅提高監(jiān)督評估工作質(zhì)量，進一步保障水利水電工程移民安置工作的順利進行，全面提高監(jiān)督評估工作服務(wù)質(zhì)量。

目前利用本文所述的相關(guān)技術(shù)開發(fā)的移民管理信息云平臺已在水利部172項節(jié)水供水重大水利工程部分項目中開展應(yīng)用，涉及華北、華南、西南等區(qū)域的不同項目，得到了項目業(yè)主的廣泛好評。