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测试报告:国家水土保持重点工程“图斑精细化”管理无人机应用

2018-03-22 08:08 性质:转载 来源:水保头条
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2017年7月4日,水利部水土保持监测中心调研组到甘肃省进行国家水土保持重点工程“图斑精细化管理”工作调研。本报告针对此次调研任务中第四项——...

  2017年7月4日,水利部水土保持监测中心调研组到甘肃省进行国家水土保持重点工程“图斑精细化管理”工作调研。

  本报告针对此次调研任务中第四项——重点工程“图斑精细化”管理示范中无人机应用情况进行总结,探讨无人机机型选择及应用场景,为各级水保部门重点工程“图斑精细化”管理工作提供参考。

  调研范围:2014-2016年国家水土保持重点建设工程,全国坡耕地水土流失综合治理工程,涉及甘肃省庆阳市的镇原县,白银市的会宁县。

  调研任务:一是重点工程“图斑精细化”管理工作开展现状调研、二是国家重点治理工程系统使用情况和问题调研、三是固沟保塬实施情况调研、四是重点工程“图斑精细化”管理示范、五是移动终端系统外业适用性评价。

  无人机航测范围:白银市会宁县、庆阳市镇原县共3个国家水土保持重点工程项目区。

  镇原县翟池项目区大河沟和清水沟小流域综合治理工程

  会宁县新添项目区2016年工程实施区

  会宁县新添项目区2016年第二批实施区

  无人机选型:此次调研无人机示范采用机型为多旋翼,型号为大疆精灵4,航测软件为Altizure,地面站平台为锤子坚果Pro手机。

  一、无人机航测结果与设计图斑位置、面积对比分析

  1、图斑位置对比分析

  镇原县航测结果与设计图斑位置基本吻合,存在一定偏移情况。

  镇原县翟池项目区清水沟小流域综合治理工程

  镇原县翟池项目区大河沟小流域综合治理工程

  会宁县航测结果与设计图斑存在较大偏差。

  会宁县新添项目区2016年工程实施区

  会宁县新添项目区2016年第二批实施区

  2、图斑面积对比分析

  航测结果显示,镇原县航测结果具备可对比条件,选择镇原县数据进行对比。

  选取水保林、经果林和封禁治理三个图斑进行对比,分析。综合结果来看,三个图斑航测后通过重点工程移动终端面积量测,都较设计图斑有所增加,其中水保林增加,经果林增加,封禁治理增加。

  (1)镇原县翟池项目区清水沟小流域封禁治理复核

  此处封禁治理设计图斑面积为35212平方米(见下图蓝色线),无人机航测结果为40129平方米(见航测图红色线),较设计图斑增加12950平方米,增加14%。

  封禁治理设计图斑

  封禁治理实施图斑

  (2)镇原县翟池项目区清水沟小流域经果林复核

  此处经果林设计图斑面积为133057平方米(下图蓝色线),无人机航测结果为142787平方米(航测图红色线),较设计图斑增加9730平方米,增加7.3%。

  经果林设计图斑

  经果林竣工图斑

  (3)镇原县翟池项目区大河沟小流域水保林复核

  此处水保林设计图斑面积为130141平方米(见下图蓝色线),无人机航测结果未145866平方米(见航测图红色线),较设计图斑增加15725平方米,增加12.1%。

  水保林设计图斑

  水保林竣工图斑

  增加原因分析:一是设计图斑往往在比例尺较大的地形图上勾绘,图斑边缘较粗糙。二是采用无人机航测高分辨率影像进行面积量测,坡面的边缘区域较为清晰,这部分往往超出设计图斑。三是水保林、经果林等措施在设计的时候坡度在15度以上地方,设计图斑以前可能是荒草地,按照治理要求来划分的图斑,从航测影像上对水保林和荒草地的判读存在一定误差,没有现场复核,存在面积增加的可能。

  3、无人机航拍措施复核

  无人机除了航测外,常规功能是航拍和录像,可以近距离观察某个图斑措施实施效果,无论是检查部门,还是实施部门,都能通过无人机快速抵达想要观察的措施位置,通过回传回来的实时图像判断措施类型、实施效果等。

  经果林措施图斑调查

  封禁治理措施图斑调查

  水保林措施图斑调查

  坡改梯措施图斑调查

  二、不同机型无人机在重点工程“图斑精细化”管理中的适用性评价

  1、不同机型适用场景、适用范围

  此次无人机示范,主要通过航拍、录像、航测几项功能对调研项目区图斑进行抽查。水利部水保[2017]39号文并未对无人机使用方式进行明确规定,此次通过测试无人机目前能够实现的几项功能,各级水保部门可参考,根据自身条件进行应用。

  多旋翼:以此次测试无人机大疆精灵4为例,续航28分钟,可悬停航拍、录像,对具体措施图斑进行近距观察。单架次航测面积约0.5平方公里,时间约时间0.5小时。评价:适合于项目区调查和小范围航测。

  固定翼以一般国产固定翼无人机为例,续航100分钟,主要用于航测,单架次航测范围3~10平方公里。评价:适合于开展整个项目区航测工作。

  根据水利部水保[2017] 39号文的要求,对国家水土保持重点工程“图斑精细化”管理提出了具体任务和抽查比例的要求。

  在建项目核查比例要求:2017年省级水行政主管本部门利用无人机和移动终端对在建项目进行核查,2017年核查比例不低于项目总数的20%,2018年不低于50%,其中各项目措施图斑面积核查量不低于30%。

  验收项目的抽查比例:2017年安排开展竣工验收的项目,利用无人机和移动终端开展外业抽查的项目数量不低于50%,2018年外业抽查工作全部利用无人机和移动终端。

  实施效果评价选取比例:利用高分辨率卫星影像对2014-2015年实施的国家水土保持重点工程实施效果进行评价,2017、2018年各省份每年至少选择2-3个项目区,各流域机构在相关省份随机抽取不少于1-2个项目区。

  2、不同机型性能评价

  多旋翼:多旋翼具备机动灵活,定点悬停,云台相机可俯仰调节,操作简单等优点。缺点是续航时间段。更擅长视频、拍照。另外,多旋翼无人机往往价格较便宜几千至几万不等。

  固定翼:固定翼具备续航时间长,携带相机画幅大,航测范围广等优点。缺点是操作培训相对多旋翼复杂,对起飞降落场地条件要求高。更擅长航测。另外,固定翼价格相对多旋翼较高,一般十几万至几十万不等。

  3、无人机在水土保持重点工程“图斑精细化”管理工作中的角色思考

  按照水利部办公厅2017年39号文对于无人机应用要求,2017年在建项目核查面积不小于30%,即按照项目区平均面积20平方公里计算,核查面积不小于6平方公里。

  三种手段的对比

  6平方公里传统核查手段

  检查组参考项目纸质图件,设计图纸,指定图斑位置,通过拍照、记录、填写调查表,一个项目区时间月在3小时左右。

  6平方公里无人机航拍、移动终端辅助核查手段

  检查组携带一台多旋翼无人机,携带一台移动终端,一名工作人员操作移动终端,选择调查图斑,对图斑进行拍照、记录、填写调查表;另一名工作人员操控无人机飞至指定图斑航拍,对6平方公里项目区进行航拍录像。一个项目区核查时间约在2小时左右。

  6平方公里无人机航测、移动终端辅助核查手段

  按地面分辨率为分米级航测要求,一般固定翼完成航测约1小时,而多旋翼完成航测至少8小时以上,航测均需要具备一定飞行经验的人员操作,固定翼的操作要求更高。此次调研的两县均没有无人机,不具备此能力。

  地方声音

  此次调研,甘肃省水保局提出,目前还未争取到信息化经费,没有配置无人机,利用无人机抽查比例太高,难以完成,建议在调研县进行试点,带动全省信息化工作。另外还建议,在国家水土保持重点工程建设费用中,明确信息化建设费可以由中央投资列支。

  小节

  按照39号文对于验收项目抽查比例要求,2017年抽查比例50%,2018年全部抽查,无人机应用如果采用航测的方式,将对检查单位的技术能力要求较高,现场工作量也会相应增加。

  因此,各级水保部门在落实国家水土保持重点工程“图斑精细化”管理任务时,在无人机机型选择上,地方可以先配备多旋翼,有条件的地区可以配备固定翼,并配备相应的技术人员。

  对于流域机构、省级水保部门落实39号文中核查、抽查、实施效果评价三大任务,可以选取在坡改梯、农发、老区等工程中每一类选取一个项目做示范性无人机航测,其余指标内任务,可采用多旋翼无人机进行航拍调查。

  对于县级实施部门落实“图斑精细化”管理工作,可以由流域机构或省级水保部门选取1-2个示范县,对示范县重点工程“图斑精细化”管理采用无人机、移动终端等新手段,从前期规划设计到最终竣工验收,用新手段提高县级水保部门技术水平,提高其工作效率。示范项目具备推广条件后,可向全省、全国推广。

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