無人機在河湖“清四亂”排查中的應用

包德高

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，沈陽 110006)

1 概 況

“清四亂”工作源于河湖長制，是水域岸線管理的重要內容。遼寧省“清四亂”工作開始于2018年，大規模專項行動開始于2019年，截止2020年7月全省共排查出四亂問題1064個，已銷號833個。遼寧省河湖清四亂工作取得了階段性成果，但還存在著前治后亂、歷史遺留、排查不徹底、部分地區人手不足等普遍問題，“清四亂”工作仍然艱巨繁重，將持續高壓態勢。

近幾年開展“清四亂”問題排查主要是通過人工沿河巡查來完成，該方式巡查效率低、容易留下盲區。綜合比較，采用無人機獲取正射影像排查方式具有數據獲取周期短、可量算及定位、影像分辨率高、地面信息豐富、易于讀取、問題全覆蓋等優勢。為提高排查效率和成果質量，應充分運用無人機開展“清四亂”問題排查，以人工沿河巡查、明查暗訪、群眾舉報、視頻監控、新聞媒介、衛星遙感等方式為輔助手段，做到“清四亂”規范化常態化。

2 技術路線

通過無人機航空攝影的方法獲取影像資料，根據測區情況規劃設計航線，實地踏勘測區，選取適合無人機航空攝影工作起飛和降落場地，隨后進行航攝像控點布設和數據采集工作。航攝和像控作業完成后，進行空三加密、高分辨地圖、數字表面模型、正射影像及應用等工作，作業技術流程見圖1。

圖1 作業技術流程

3 正射影像制作

結合“清四亂”問題的實際情況，采用飛馬V100傾轉翼無人機進行攝影測量。該機型的優點是垂直起降，不受測區地理條件限制，采用固定翼平飛，續航時間可達90min，其平臺參數如表1所示。

表1 飛馬無人機技術參數表

圖2 飛馬V100

3.1 資料準備

在清四亂作業前，應收集四亂區域的基礎資料，包括控制點成果、萬圖、人文數據、氣象數據、自然地理概況等。根據項目要求、收集的數據信息、測區范圍和現場實際情況，并制定無人機攝影測量技術方案并申請空域，確定無人機航空飛行高度、航攝的航向和旁向重疊度以及地面分辨率等[4-5]。由于河湖四亂問題區域分布廣泛，對于河河湖四亂區域的像控點按航帶布設，對于湖泊區域的像控點按區域布設。

3.2 像控測量

無人機航攝外業像控點按照作業范圍劃分區域網進行布設，采用全野外布點方案。通過工作區域的控制測量成果直接獲得像片控制點，像控點數據基于LNCORS網絡RTK方法獲取，像控點盡可能為永久地物并易于影像上精確定位刺點的特征點[6-8]。繞陽河錦州段河道長度約70km，河道管理范圍約140km2，本次共布設95個像控點(見圖3)，平均1.5km2布設一個像控點，像控點均選在現狀地物的交點和地物拐角上且高程變化較小的地方，在地物稀少地區，采用現場人工制作的“L”型像控點。像控點全部為底面點，均勻覆蓋整個測區并滿足空三加密精度要求[9-10]。

圖3 像控點布置圖

3.3 影像采集

調查獲取任務區域的影像數據，依照外業航空攝影測量規范及調查需求設計航飛范圍和路線。按照技術要求，獲取6cm分辨率傾斜影像數據，根據飛行計劃，檢查參數設置確保與現場情況一致，確認各項參數設置無誤后，按照工作計劃進行了外業飛行。本項目共進行了29個架次的外業航飛。

圖4 航線主要參數設置示意圖

飛行后對飛行質量及外業成果進行了檢查，飛行質量較好，航線彎曲度較小，飛行的時間均選在風向比較穩定、風速<4級、光線充足無遮擋的時段。像片有效范圍覆蓋了全部攝區，航向重疊度為80%， 旁向重疊度為60%，全區無攝影絕對漏洞。外業成果中影像數據與影像定位數據無丟漏，POS數據和像控點采集時均為固定解狀態。

3.4 內業數據處理

采用Pix4D mapper version軟件進行內業數據處理。在構建地表模型前，對原始影像、相機文件、像控數據、POS數據等進行整理，隨后將數據導入軟件進行內業處理。首先進行空中三角測量，將影像與無人機的POS數據進行匹配，按照規范的相關精度要求進行無約束平差，直至各項指標滿足無約束空三要求，再加入野外實測像片控制點進行約束平差，在加密過程中，根據需要選擇像控點作為檢查點，檢查加密精度，精度滿足要求后全部作為像控點參與空三加密，完成絕對定向[11]。空三加密區域網共劃分19個區塊，經檢查，接邊良好，控制三角測量精度符合規范要求，最終生產數字地表模型DSM和正射影像圖。

4 應 用

通過無人技術生產正射影像圖，運用正射影像可全方位查看河道管理范圍內攔河圍網養殖、種植阻礙行洪的高桿作物和林木、亂堆垃圾，河湖水面存在垃圾漂浮物、挖筑魚塘、采砂、鉆探、建設或棄置嚴重妨礙行洪的大、中型建筑物、構筑物等情況，違法活動都一覽無余。文章以“亂占”現象中的挖筑魚塘為例，通過正射影像，將疑似“亂占”現象在正射影像上進行標記(見圖6)，如有許可，將批準許可的具體范圍與DOM進行疊加分析(見圖7)，形成疑似“四亂”問題統計表，再根據“認定標準”和“批準許可文件”進行現場巡查核定，去除疑似“四亂”問題統計表中的非“四亂”現象，最終形成形成“四亂”問題臺賬，臺賬信息應包括：序號、位置描述、坐標、問題描述、問題屬性(如亂占或亂采等)。

圖5 “四亂”現象標記

圖7 疊加分析

表2 “四亂”問題臺賬

5 結 語

無人機技術應用到“清四亂”排查工作中，是河湖精細化管理的體現，通過對飛馬V100所采集影像數據進行空三加密、生產數字地表模型、最終生成正射影像圖，利用正射影像圖的現時性和直觀性，有效的制定四亂排查政策，加大四亂排查的力度，大大提高了政府部門的決策效率[12]。

在以后的四亂排查工作中，可以深度挖掘無人機在四亂排查中的作用，通過高空視角、實時高效的監控手段對我們河湖管理中存在的各種問題以及違法現象實現無死角全方位監控。為了鞏固治理成果，為有效監控和遏制“四亂”問題，避免出現“前治后亂”現象，對重點區域和重點河流采用無人機進行定期監控；其它范圍采用衛星遙感影像進行監控。