無(wú)人機(jī)在河湖“四亂”巡查中的應(yīng)用

陳華濤　王展　劉永理

摘 要：在河南省南陽(yáng)市政府實(shí)施“四水共治”戰(zhàn)略、全面實(shí)施河長(zhǎng)制的大背景下，南陽(yáng)市開(kāi)展河湖專項(xiàng)整治行動(dòng)，在全市范圍內(nèi)河湖持續(xù)開(kāi)展“地毯式清四亂、三污一凈、打擊河湖非法采砂”專項(xiàng)整治行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)河長(zhǎng)制從“有實(shí)”向“有為”轉(zhuǎn)變。利用無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)行河道巡查，通過(guò)拍攝河道流域視頻和重點(diǎn)區(qū)域照片，結(jié)合河道管理范圍，可提取疑似亂占、亂采、亂堆以及亂建等信息，實(shí)現(xiàn)基于影像資料的信息化管理。該項(xiàng)技術(shù)的成功應(yīng)用，得到了河道管理部門和水政執(zhí)法部門的肯定，受到了主管河長(zhǎng)的好評(píng)，為河道管理提供了宏觀輔助決策支持。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);河湖“四亂”;河道巡查

中圖分類號(hào)：TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）11-0076-03

Application of UAV in "Four Chaos" Patrol of Rivers and Lakes

CHEN Huatao1 WANG Zhan1 LIU Yongli2

（1. Nanyang Water Conservancy Construction Survey and Design Institute，Nanyang Henan 473000;2. Henan Lingjie Water Conservancy Survey， Design and Research Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473000）

Abstract： Under the background of Nanyang in Henan Province municipal government implementing the strategy of "four water co governance" and comprehensively implementing the "river length system". Nanyang has launched a special river and lake regulation campaign， in the city-wide rivers and lakes continued to carry out "carpet-cleaning four chaos， three pollution， one clean， combat illegal sand mining" special operations， to achieve the river system from "solid" to "promising" change. Using the technology of Unmanned Aerial Vehicle （UAV） to patrol the river course， by taking video of the river basin and photos of the key areas， combined with the river course management area， information such as suspected disorderly occupation， disorderly mining， disorderly piling and disorderly construction can be extracted， realization of information management based on image data. The successful application of this technology has been affirmed by the river management department and the water law enforcement department， praised by the river chief， and provided macro-aided decision support for river management.

Keywords： UAV;four chaos of river and lake;river patrol

1 項(xiàng)目背景

2020年4月，河南省南陽(yáng)市河長(zhǎng)制辦公室印發(fā)《關(guān)于開(kāi)展河湖專項(xiàng)整治行動(dòng)》的通知，以實(shí)現(xiàn)深入貫徹“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念，深化“四制四化”工作模式，按照政府組織、河長(zhǎng)牽頭、部門聯(lián)動(dòng)以及分級(jí)負(fù)責(zé)的原則，堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，集中整治河湖亂占、亂采、亂堆、亂建和入河排污口、黑臭水體等重點(diǎn)突出問(wèn)題[1-2]。

南陽(yáng)市位于河南省西南部、豫鄂陜?nèi)〗唤缣?，?dú)特的自然地貌孕育了豐富的水資源，地跨長(zhǎng)江、淮河和黃河3大流域，境內(nèi)有白河、唐河、淮河和丹江4大水系，流域面積30 km2以上的河道有266條。河流多處于山區(qū)，交通不便，依靠人工巡查工作強(qiáng)度大、效率低。尤其是一些河道位于山區(qū)，環(huán)境復(fù)雜，巡查車、巡查船不易或無(wú)法進(jìn)入。此外，巡查過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)違法違規(guī)問(wèn)題，人視拍照無(wú)法全面采集違法行為作為佐證。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，南陽(yáng)市境內(nèi)共有白河、三夾河、湍河、刁河、西趙河、丹江河、老鸛河、淇河、淮河、甘江河、泌陽(yáng)河以及唐河12條河流，河流總長(zhǎng)度為1 687 km，流域面積為39 100 km2。

2 項(xiàng)目任務(wù)

對(duì)南陽(yáng)市域內(nèi)白河、淮河、丹江和唐河4大水系12條流域面積1 000 km2以上的河流，每季度通過(guò)無(wú)人機(jī)航拍巡查一次，以分析河湖亂占、亂采、亂堆、亂建和入河排污口、黑臭水體等重點(diǎn)突出問(wèn)題，全方位、無(wú)死角觀察河道情況，排查河道是否存在非法采砂、侵占河道、河流污染等情況，輔助河長(zhǎng)解決在巡河過(guò)程中因環(huán)境、時(shí)間限制而產(chǎn)生的巡河效率低、問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不全、溯源能力弱等問(wèn)題。

3 航拍影像的應(yīng)用

3.1 使用機(jī)型

“御”MAVIC 2 PRO/ZOOM是一款小型四旋翼航拍無(wú)人機(jī)，具有體積小、操作簡(jiǎn)單、能適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。它配置約5.8 cm（2.3英寸）CMOS，有效像素1 200萬(wàn)，最大照片尺寸5 472像素×3 648像素;最大飛行速度72 km/h，最大圖傳距離8 km，錄像分辨率4K（3 840像素×2 160像素 24/25/30P），文件系統(tǒng)exFAT128G，飛行時(shí)間約31 min[3]。

3.2 飛行參數(shù)的設(shè)定

飛行參數(shù)的設(shè)定，如表1所示。拍照時(shí)鎖定云臺(tái)，啟用連續(xù)自動(dòng)對(duì)焦。飛行時(shí)同步高清照片，自動(dòng)關(guān)閉機(jī)頭指示燈，顯示網(wǎng)格和中心點(diǎn)。

飛行前應(yīng)提前規(guī)劃好飛行路線，根據(jù)河道的彎度、起飛的高度、上一架次的重疊度確定起飛最佳位置，避免在建筑物、信號(hào)塔、高壓線以及樹(shù)下等復(fù)雜環(huán)境下起飛，以保證飛機(jī)失控后安全返航降落。飛行中注意無(wú)人機(jī)全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）信號(hào)、電量、位置、高度及外部環(huán)境如風(fēng)速、風(fēng)向、降雨等信息的變化，實(shí)時(shí)查看飛行器圖傳信息，注意周邊環(huán)境。返航降落時(shí)避免自動(dòng)返航降落，在視野范圍內(nèi)接管飛機(jī)遙控降落，提高飛行效率，降低自動(dòng)降落的風(fēng)險(xiǎn)。降落后查看控制器的飛行數(shù)據(jù)是否正常，包括電池電量、儲(chǔ)存空間等。執(zhí)行飛行任務(wù)中要合理分配電池，確保無(wú)人機(jī)電池高效循環(huán)利用。此外，要檢查內(nèi)存卡容量，及時(shí)更換，防止因內(nèi)存不足而無(wú)法存儲(chǔ)。

3.3 視頻資料的應(yīng)用

該項(xiàng)目視頻資料的整理分為兩種：一種是利用PR（Premiere）視頻剪輯軟件去除重疊飛行、返航等多余視頻，剪輯為全流域展現(xiàn)的完整視頻，以方便河道問(wèn)題的查找和全河巡查;另一種是利用AE（After Effect）視頻合成軟件將查找后的河道問(wèn)題進(jìn)行匯總、分析、分類、逐個(gè)展示，使河道問(wèn)題更加清晰。

PR視頻剪輯軟件是Adobe公司開(kāi)發(fā)的一款非線性視頻編輯軟件，支持混合格式，具有編碼器較全、操作簡(jiǎn)便、無(wú)損渲染以及剪輯視頻速度較快等特點(diǎn)。本項(xiàng)目使用Premiere Pro CC版本剪輯。通過(guò)PR軟件剪輯去除重疊飛行、返航等多余視頻，并加上河流信息和拍攝時(shí)間，剪輯為全流域展現(xiàn)的完整視頻，以方便河道問(wèn)題的查找和全河巡查。

After Effect簡(jiǎn)稱AE，是Adobe公司開(kāi)發(fā)的一個(gè)視頻合成及設(shè)計(jì)軟件，是制作動(dòng)態(tài)影像不可或缺的輔助工具，是視頻后期合成處理的專業(yè)非線性編輯軟件，應(yīng)用范圍廣泛。本項(xiàng)目利用該軟件將匯總的河道問(wèn)題分類、逐個(gè)動(dòng)態(tài)展示，并配合字幕，使河道問(wèn)題更加清晰直觀[4-6]，如圖1和圖2所示。

3.4 圖片資料的應(yīng)用

該項(xiàng)目利用無(wú)人機(jī)拍攝的圖片，直觀顯示河道存在的問(wèn)題，支持照片尺寸5 472像素×3 648像素，與衛(wèi)星、攝像機(jī)拍攝照片相比更有優(yōu)勢(shì)。如圖3所示，放大裁剪后的圖片，依據(jù)河道確權(quán)劃界、一河一策以及“四亂問(wèn)題”的分類等，清晰可見(jiàn)河道的河湖污染、排污口、水域污染區(qū)域、水面漂浮物、非法占用水域、圍墾河道、非法采砂以及亂建等信息，可為河長(zhǎng)全面掌握管轄范圍內(nèi)河湖水環(huán)境和執(zhí)法監(jiān)管提供實(shí)時(shí)的影像證據(jù)。

3.5 結(jié)合衛(wèi)星地圖的應(yīng)用

唐河縣三夾河在河道“四亂”巡查中，利用無(wú)人機(jī)拍攝的視頻發(fā)現(xiàn)河道中存在的問(wèn)題，與奧維、大地圖等衛(wèi)星影像地圖軟件結(jié)合，提取事件坐標(biāo)，與縣區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村界、河流起點(diǎn)、終點(diǎn)位置以及邊界等信息比對(duì)，進(jìn)行事件的分類匯總，詳見(jiàn)圖4，使得河道問(wèn)題與河長(zhǎng)制的河長(zhǎng)網(wǎng)格化管理實(shí)現(xiàn)了事件追蹤有據(jù)、落實(shí)到人。

4 結(jié)論

在南陽(yáng)市域1 000 km2以上的河道“四亂”巡查中應(yīng)用無(wú)人機(jī)航拍技術(shù)，提供了實(shí)時(shí)影像證據(jù)，克服了人工巡查河道范圍廣、地形復(fù)雜、取證困難等問(wèn)題，可全方位掌握河域現(xiàn)狀，規(guī)避可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，降低巡河難度，縮短巡河時(shí)間，節(jié)約了人力、物力和財(cái)力，提高了巡河治河效率。通過(guò)影像資料的分析，清晰可見(jiàn)河道存在的河湖污染、排污口、水域污染區(qū)域、水面漂浮物、非法占用水域、圍墾河道、非法采砂以及亂建等問(wèn)題，為河長(zhǎng)全面掌握管轄范圍內(nèi)河湖水環(huán)境和執(zhí)法監(jiān)管提供了實(shí)時(shí)影像證據(jù)，扎實(shí)推進(jìn)了全市范圍內(nèi)河湖持續(xù)開(kāi)展“地毯式清四亂、三污一凈、打擊河湖非法采砂”專項(xiàng)整治行動(dòng)的工作，推動(dòng)了河長(zhǎng)制從“有名”向“有實(shí)”的轉(zhuǎn)變，為實(shí)現(xiàn)“河暢水清、岸綠景美、人水和諧”的水美新南陽(yáng)提供了技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄂竟平調(diào)研廣州河長(zhǎng)制及河湖“清四亂”工作[J].中國(guó)水利，2019（10）：4.

[2]駱延青.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在“河長(zhǎng)制”中的應(yīng)用[J].大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2020（6）：148.

[3]范振偉.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在河長(zhǎng)制工作中的應(yīng)用：以苦水河鹽池縣惠安堡鎮(zhèn)河段為例[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019（12）：205-206.

[4]鄒秀清，羅得寸，林平，等.基于區(qū)塊鏈的河長(zhǎng)制水質(zhì)信息存證系統(tǒng)[J].應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)，2020（1）：65-80.

[5]李雪瑞，魏征，田松，等.無(wú)人機(jī)技術(shù)在海島測(cè)繪中的應(yīng)用[J].測(cè)繪通報(bào)，2020（1）：53-56.

[6]張瑜洪，付健.全力開(kāi)展河湖“清四亂”推動(dòng)河長(zhǎng)制從“有名”到“有實(shí)”：訪水利部河湖管理司司長(zhǎng)、部河長(zhǎng)辦主任祖雷鳴[J].中國(guó)水利，2018（24）：17-19.