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測(cè)試報(bào)告：國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理無人機(jī)應(yīng)用

2018-03-22 08:08 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 來源：水保頭條
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2017年7月4日，水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心調(diào)研組到甘肅省進(jìn)行國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化管理”工作調(diào)研。本報(bào)告針對(duì)此次調(diào)研任務(wù)中第四項(xiàng)——...

　　2017年7月4日，水利部水土保持監(jiān)測(cè)中心調(diào)研組到甘肅省進(jìn)行國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化管理”工作調(diào)研。

　　本報(bào)告針對(duì)此次調(diào)研任務(wù)中第四項(xiàng)——重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理示范中無人機(jī)應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)，探討無人機(jī)機(jī)型選擇及應(yīng)用場(chǎng)景，為各級(jí)水保部門重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理工作提供參考。

　　調(diào)研范圍：2014-2016年國(guó)家水土保持重點(diǎn)建設(shè)工程，全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理工程，涉及甘肅省慶陽(yáng)市的鎮(zhèn)原縣，白銀市的會(huì)寧縣。

　　調(diào)研任務(wù)：一是重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理工作開展現(xiàn)狀調(diào)研、二是國(guó)家重點(diǎn)治理工程系統(tǒng)使用情況和問題調(diào)研、三是固溝保塬實(shí)施情況調(diào)研、四是重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理示范、五是移動(dòng)終端系統(tǒng)外業(yè)適用性評(píng)價(jià)。

　　無人機(jī)航測(cè)范圍：白銀市會(huì)寧縣、慶陽(yáng)市鎮(zhèn)原縣共3個(gè)國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程項(xiàng)目區(qū)。

　　鎮(zhèn)原縣翟池項(xiàng)目區(qū)大河溝和清水溝小流域綜合治理工程

　　會(huì)寧縣新添項(xiàng)目區(qū)2016年工程實(shí)施區(qū)

　　會(huì)寧縣新添項(xiàng)目區(qū)2016年第二批實(shí)施區(qū)

　　無人機(jī)選型：此次調(diào)研無人機(jī)示范采用機(jī)型為多旋翼，型號(hào)為大疆精靈4，航測(cè)軟件為Altizure，地面站平臺(tái)為錘子堅(jiān)果Pro手機(jī)。

　　一、無人機(jī)航測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)圖斑位置、面積對(duì)比分析

　　1、圖斑位置對(duì)比分析

　　鎮(zhèn)原縣航測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)圖斑位置基本吻合，存在一定偏移情況。

　　鎮(zhèn)原縣翟池項(xiàng)目區(qū)清水溝小流域綜合治理工程

　　鎮(zhèn)原縣翟池項(xiàng)目區(qū)大河溝小流域綜合治理工程

　　會(huì)寧縣航測(cè)結(jié)果與設(shè)計(jì)圖斑存在較大偏差。

　　會(huì)寧縣新添項(xiàng)目區(qū)2016年工程實(shí)施區(qū)

　　會(huì)寧縣新添項(xiàng)目區(qū)2016年第二批實(shí)施區(qū)

　　2、圖斑面積對(duì)比分析

　　航測(cè)結(jié)果顯示，鎮(zhèn)原縣航測(cè)結(jié)果具備可對(duì)比條件，選擇鎮(zhèn)原縣數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

　　選取水保林、經(jīng)果林和封禁治理三個(gè)圖斑進(jìn)行對(duì)比，分析。綜合結(jié)果來看，三個(gè)圖斑航測(cè)后通過重點(diǎn)工程移動(dòng)終端面積量測(cè)，都較設(shè)計(jì)圖斑有所增加，其中水保林增加，經(jīng)果林增加，封禁治理增加。

　　（1）鎮(zhèn)原縣翟池項(xiàng)目區(qū)清水溝小流域封禁治理復(fù)核

　　此處封禁治理設(shè)計(jì)圖斑面積為35212平方米（見下圖藍(lán)色線），無人機(jī)航測(cè)結(jié)果為40129平方米（見航測(cè)圖紅色線），較設(shè)計(jì)圖斑增加12950平方米，增加14%。

　　封禁治理設(shè)計(jì)圖斑

　　封禁治理實(shí)施圖斑

　　（2）鎮(zhèn)原縣翟池項(xiàng)目區(qū)清水溝小流域經(jīng)果林復(fù)核

　　此處經(jīng)果林設(shè)計(jì)圖斑面積為133057平方米（下圖藍(lán)色線），無人機(jī)航測(cè)結(jié)果為142787平方米（航測(cè)圖紅色線），較設(shè)計(jì)圖斑增加9730平方米，增加7.3%。

　　經(jīng)果林設(shè)計(jì)圖斑

　　經(jīng)果林竣工圖斑

　　（3）鎮(zhèn)原縣翟池項(xiàng)目區(qū)大河溝小流域水保林復(fù)核

　　此處水保林設(shè)計(jì)圖斑面積為130141平方米（見下圖藍(lán)色線），無人機(jī)航測(cè)結(jié)果未145866平方米（見航測(cè)圖紅色線），較設(shè)計(jì)圖斑增加15725平方米，增加12.1%。

　　水保林設(shè)計(jì)圖斑

　　水保林竣工圖斑

　　增加原因分析：一是設(shè)計(jì)圖斑往往在比例尺較大的地形圖上勾繪，圖斑邊緣較粗糙。二是采用無人機(jī)航測(cè)高分辨率影像進(jìn)行面積量測(cè)，坡面的邊緣區(qū)域較為清晰，這部分往往超出設(shè)計(jì)圖斑。三是水保林、經(jīng)果林等措施在設(shè)計(jì)的時(shí)候坡度在15度以上地方，設(shè)計(jì)圖斑以前可能是荒草地，按照治理要求來劃分的圖斑，從航測(cè)影像上對(duì)水保林和荒草地的判讀存在一定誤差，沒有現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，存在面積增加的可能。

　　3、無人機(jī)航拍措施復(fù)核

　　無人機(jī)除了航測(cè)外，常規(guī)功能是航拍和錄像，可以近距離觀察某個(gè)圖斑措施實(shí)施效果，無論是檢查部門，還是實(shí)施部門，都能通過無人機(jī)快速抵達(dá)想要觀察的措施位置，通過回傳回來的實(shí)時(shí)圖像判斷措施類型、實(shí)施效果等。

　　經(jīng)果林措施圖斑調(diào)查

　　封禁治理措施圖斑調(diào)查

　　水保林措施圖斑調(diào)查

　　坡改梯措施圖斑調(diào)查

　　二、不同機(jī)型無人機(jī)在重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理中的適用性評(píng)價(jià)

　　1、不同機(jī)型適用場(chǎng)景、適用范圍

　　此次無人機(jī)示范，主要通過航拍、錄像、航測(cè)幾項(xiàng)功能對(duì)調(diào)研項(xiàng)目區(qū)圖斑進(jìn)行抽查。水利部水保[2017]39號(hào)文并未對(duì)無人機(jī)使用方式進(jìn)行明確規(guī)定，此次通過測(cè)試無人機(jī)目前能夠?qū)崿F(xiàn)的幾項(xiàng)功能，各級(jí)水保部門可參考，根據(jù)自身?xiàng)l件進(jìn)行應(yīng)用。

　　多旋翼：以此次測(cè)試無人機(jī)大疆精靈4為例，續(xù)航28分鐘，可懸停航拍、錄像，對(duì)具體措施圖斑進(jìn)行近距觀察。單架次航測(cè)面積約0.5平方公里，時(shí)間約時(shí)間0.5小時(shí)。評(píng)價(jià)：適合于項(xiàng)目區(qū)調(diào)查和小范圍航測(cè)。

　　固定翼：以一般國(guó)產(chǎn)固定翼無人機(jī)為例，續(xù)航100分鐘，主要用于航測(cè)，單架次航測(cè)范圍3~10平方公里。評(píng)價(jià)：適合于開展整個(gè)項(xiàng)目區(qū)航測(cè)工作。

　　根據(jù)水利部水保[2017] 39號(hào)文的要求，對(duì)國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理提出了具體任務(wù)和抽查比例的要求。

　　在建項(xiàng)目核查比例要求：2017年省級(jí)水行政主管本部門利用無人機(jī)和移動(dòng)終端對(duì)在建項(xiàng)目進(jìn)行核查，2017年核查比例不低于項(xiàng)目總數(shù)的20%，2018年不低于50%，其中各項(xiàng)目措施圖斑面積核查量不低于30%。

　　驗(yàn)收項(xiàng)目的抽查比例：2017年安排開展竣工驗(yàn)收的項(xiàng)目，利用無人機(jī)和移動(dòng)終端開展外業(yè)抽查的項(xiàng)目數(shù)量不低于50%，2018年外業(yè)抽查工作全部利用無人機(jī)和移動(dòng)終端。

　　實(shí)施效果評(píng)價(jià)選取比例：利用高分辨率衛(wèi)星影像對(duì)2014-2015年實(shí)施的國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，2017、2018年各省份每年至少選擇2-3個(gè)項(xiàng)目區(qū)，各流域機(jī)構(gòu)在相關(guān)省份隨機(jī)抽取不少于1-2個(gè)項(xiàng)目區(qū)。

　　2、不同機(jī)型性能評(píng)價(jià)

　　多旋翼：多旋翼具備機(jī)動(dòng)靈活，定點(diǎn)懸停，云臺(tái)相機(jī)可俯仰調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是續(xù)航時(shí)間段。更擅長(zhǎng)視頻、拍照。另外，多旋翼無人機(jī)往往價(jià)格較便宜幾千至幾萬不等。

　　固定翼：固定翼具備續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，攜帶相機(jī)畫幅大，航測(cè)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是操作培訓(xùn)相對(duì)多旋翼復(fù)雜，對(duì)起飛降落場(chǎng)地條件要求高。更擅長(zhǎng)航測(cè)。另外，固定翼價(jià)格相對(duì)多旋翼較高，一般十幾萬至幾十萬不等。

　　3、無人機(jī)在水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理工作中的角色思考

　　按照水利部辦公廳2017年39號(hào)文對(duì)于無人機(jī)應(yīng)用要求，2017年在建項(xiàng)目核查面積不小于30%，即按照項(xiàng)目區(qū)平均面積20平方公里計(jì)算，核查面積不小于6平方公里。

　　三種手段的對(duì)比

　　6平方公里傳統(tǒng)核查手段

　　檢查組參考項(xiàng)目紙質(zhì)圖件，設(shè)計(jì)圖紙，指定圖斑位置，通過拍照、記錄、填寫調(diào)查表，一個(gè)項(xiàng)目區(qū)時(shí)間月在3小時(shí)左右。

　　6平方公里無人機(jī)航拍、移動(dòng)終端輔助核查手段

　　檢查組攜帶一臺(tái)多旋翼無人機(jī)，攜帶一臺(tái)移動(dòng)終端，一名工作人員操作移動(dòng)終端，選擇調(diào)查圖斑，對(duì)圖斑進(jìn)行拍照、記錄、填寫調(diào)查表；另一名工作人員操控?zé)o人機(jī)飛至指定圖斑航拍，對(duì)6平方公里項(xiàng)目區(qū)進(jìn)行航拍錄像。一個(gè)項(xiàng)目區(qū)核查時(shí)間約在2小時(shí)左右。

　　6平方公里無人機(jī)航測(cè)、移動(dòng)終端輔助核查手段

　　按地面分辨率為分米級(jí)航測(cè)要求，一般固定翼完成航測(cè)約1小時(shí)，而多旋翼完成航測(cè)至少8小時(shí)以上，航測(cè)均需要具備一定飛行經(jīng)驗(yàn)的人員操作，固定翼的操作要求更高。此次調(diào)研的兩縣均沒有無人機(jī)，不具備此能力。

　　地方聲音

　　此次調(diào)研，甘肅省水保局提出，目前還未爭(zhēng)取到信息化經(jīng)費(fèi)，沒有配置無人機(jī)，利用無人機(jī)抽查比例太高，難以完成，建議在調(diào)研縣進(jìn)行試點(diǎn)，帶動(dòng)全省信息化工作。另外還建議，在國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程建設(shè)費(fèi)用中，明確信息化建設(shè)費(fèi)可以由中央投資列支。

　　小節(jié)

　　按照39號(hào)文對(duì)于驗(yàn)收項(xiàng)目抽查比例要求，2017年抽查比例50%，2018年全部抽查，無人機(jī)應(yīng)用如果采用航測(cè)的方式，將對(duì)檢查單位的技術(shù)能力要求較高，現(xiàn)場(chǎng)工作量也會(huì)相應(yīng)增加。

　　因此，各級(jí)水保部門在落實(shí)國(guó)家水土保持重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理任務(wù)時(shí)，在無人機(jī)機(jī)型選擇上，地方可以先配備多旋翼，有條件的地區(qū)可以配備固定翼，并配備相應(yīng)的技術(shù)人員。

　　對(duì)于流域機(jī)構(gòu)、省級(jí)水保部門落實(shí)39號(hào)文中核查、抽查、實(shí)施效果評(píng)價(jià)三大任務(wù)，可以選取在坡改梯、農(nóng)發(fā)、老區(qū)等工程中每一類選取一個(gè)項(xiàng)目做示范性無人機(jī)航測(cè)，其余指標(biāo)內(nèi)任務(wù)，可采用多旋翼無人機(jī)進(jìn)行航拍調(diào)查。

　　對(duì)于縣級(jí)實(shí)施部門落實(shí)“圖斑精細(xì)化”管理工作，可以由流域機(jī)構(gòu)或省級(jí)水保部門選取1-2個(gè)示范縣，對(duì)示范縣重點(diǎn)工程“圖斑精細(xì)化”管理采用無人機(jī)、移動(dòng)終端等新手段，從前期規(guī)劃設(shè)計(jì)到最終竣工驗(yàn)收，用新手段提高縣級(jí)水保部門技術(shù)水平，提高其工作效率。示范項(xiàng)目具備推廣條件后，可向全省、全國(guó)推廣。

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