空天地一体化”监管体系在输变电环水保核查中的应用

1、引言 近年来，随着我国工业化、城镇化、现代化进程的加快，各类基础 设施建设和资源开发活动规模空前， 生产建设活动频繁剧烈， 由此 引发的水土流失危害也随之增加。 面对生产建设项目点多面广、 监 管任务繁重和难度大等问题， 传统环水保监管方式已难以适应保护 优先、加强事中事后监管的要求 （李智广等， 2016；亢庆等， 2016） 。 遥感技术直接以面的形式对地表进行大面积同步观测， 其监测范围 不受工程分布位置的限制， 且能对目标区域进行重复观测， 为建设 项目环水保监管提供了有效的手段。2015 2016 年，水利部提出利用卫星遥感等新技术进行生产建设 项目水土保持监管的“天地一体化”监管思

2、路， 即利用卫星遥感大 范围覆盖、获取资料速度快的特点，对生产建设项目进行普查，在 普查结果分析基础上有目的的组织重点项目的核查工作 （ 李智广 等， 2016；曾麦脉等， 2016） 。同时，水利部在全国 38 个县开展了以“天地一体化”技术为支撑 的生产建设项目监管示范工作，形成天地一体化监管首批示范成 果；随即又在珠江流域选择 30 个部管项目作为“天地一体化”监 管推广应用试点 （赵俊侠等， 2019） 。生态环境部印发了全国生态 保护“十三五”规划纲要 ，要求建立“天地一体化”的生态监测 体系。2019年，水利部通过财政立项，将对全国近550万km2范围，通过遥感解译、现场核查、移动

3、数据采集等方式部署“天地一体化” 监管体系，对生产建设项目造成的水土流失实行全覆盖监管。加快实现生产建设项目水土保持“天地一体化”监管，对于提高生产建设项目水土保持监管的科学性、时效性和针对性，以及防治水土流失促进生态文明建设具有重要意义。输变电工程作为一类重要的生产建设项目，对优化资源配置、均衡区域经济发展具有重要作用。 输电线路通常横跨地域广， 监管工作 量大；所经地貌单元复杂，在高原、山地、荒漠等区域环保水保监 管存在难度(吴凯等，2018)。因此，亟需引入“天地一体化”监管 新思路来加强“事中”环水保内部管控，以问题为导向提高监管效率，响应相关部门号召。本文以湖南长沙望城 500kV输

4、变电工程为依托，基于“天地一体 化”思路进行环水保监管体系的研究，具体包括卫星遥感普查、 无人机详查和人工现场抽查； 并将管控方案应用于输变电工程的建设 过程中。预期可有效减少人员车辆投入，有效减少环境事件和水土流失情况，节约应急处置人力物力；同时造福工程沿线居民，具有 较好的社会效益。1输变电工程“天地一体化”监管体系1. 1卫星遥感普查卫星遥感在“天地一体化”监管体系中负责天基部分的监管，可对输变电工程全线范围进行环水保普查工作。具体流程如下：(1) 前期资料收集。在普查工作以前， 收集与线路设计、 沿线生态环境状况等相关资料。 包括在建工程线路杆塔坐标、 环境影响报告书及其批复、 水土保

5、持 方案报告书及其批复等。(2) 卫星遥感影像采集及处理。 影像采集时间段涵盖施工前和全部 施工阶段，获取影像后通过专业的遥感影像处理软件进行预处理， 包括辐射定标、大气校正、正射校正、影像拼接裁剪等( 赵英时等，2003) ，最终获得可用的影像结果。同时，根据环水保目标地物的 特征建立解译标志。(3) 环水保信息采集及分析汇总。 根据上一步建立的地物解译标志， 解译识别输电线路中的环水保信息， 包括塔基施工区扰动范围、 施 工便道、拆迁房屋、线路偏移等信息。结合环评报告、水保方案对 施工扰动的合规性、线路变更情况等进行分析，判断环水保问题。1 2 无人机详查 无人机在“天地一体化”监管体系中

6、负责空基部分的监管， 根据卫 星遥感普查阶段发现的问题选取重点区域进行无人机详查工作。 具 体流程如下 :(1) 航摄方案设计。 航摄方案根据选定区域的地形、地貌设计，包 括航摄比例尺、重叠度、航摄时间等。输变电线性工程一般选择重 点关注部位航拍，如塔基施工区环水保措施、施工道路、站区内的 边坡、站外排水管线等扰动频繁或潜在水土流失隐患较大的区域。 无人机航拍时根据航拍区域面积适当外扩，保证覆盖整个航拍区 域。(2) 外业航摄及影像处理。 在适宜天气条件下开展无人机外业拍摄 工作，获取重点区域的航摄影像。之后利用 GIS 软件选取控制点， 使其与遥感影像相配准。同时通过野外调查，建立解译标志。

7、(3) 环水保信息采集及分析汇总。 基于无人机影像重点提取的环水 保信息包括环水保措施、 塔基施工区溜坡溜渣等， 同时对遥感普查 阶段发现的问题进行核实。 结合环评报告、 水保方案对环水保措施 落实、整改情况进行分析，判断环水保问题。1 3 人工现场抽查在前两步工作的基础上， 对环境保护及水土保持问题严重的区域进 行人工现场抽查， 它是环水保监管工作不可或缺的一部分， 在“天 地一体化”监管体系中承担地基监管的角色。在现场抽查工作中， 专业人员采集并记录施工中的环保水保信息， 核实卫星遥感普查与 无人机详查内容，包括扰动面积超标、临时施工道路、重大水土流 失状况 ( 溜坡挂渣 ) 、环水保措施

8、不到位等情况， 最后提交问题清单。2 实验区及数据源2 1 实验区概况湖南长沙望城 500kV 输变电工程所在区域属于湘江流域(112 43113 07E , 28 1128 26N)，经过地区主要为丘 陵地貌单元， 占地类型包括乔木林地、 水浇地、 坑塘水面和水田等。 送电线路包括4回，即为鼎功一望城I、H回 500kV线路、望城一 艾家冲I、H回500kV线路，共135.6km ;送电线路工程包括杆塔工程、接地线临时占地、塔基施工临时占地区等，即环水保监管区 域（图1）由花K图1湖南长沙望城500kV输变电工程线路位置2. 2数据源“高分”系列卫星是近年来我国中长期研究重点支持的16个重大

9、专项之一。G11于2013年4月成功发射，开启了我国高分辨率数据获取以及应用的先河，它包括全色片和多光谱影像，其中，全色片空间分 辨率为2m多光谱空间分辨率为 8m（白照广，2013）。GF2 于 2014年 8 月成功发射，标志着我国遥感事业进入了一个新的“里程碑”，GF 2的全色片空间分辨率可达 0.81m，多光谱 分辨率可达3.24m（潘腾等，2015）。在卫星遥感监测方面，数据以 国产高分辨率卫星 GF 1、GF 2 为主，必要时以国外卫星数据作 为补充，如 QuickBird 、Word-View II 。在无人机监测方面，采用 DJI Phantom 4 Pro 小型多旋翼无人机进

10、行GPS辅助航摄，其搭载的航拍传感器为1/2.3英寸CMOS照片像素分辨率4000X 3000。外业航拍之后进行内业数据处理，通过 GIS 软件选取控制点与卫星遥感影像进行几何配准。3 应用分析31 施工扰动杆塔组立是输变电工程建设的重要内容， 根据类型不同其在施工过 程中的占地面积均有限定范围，当水土流失防治责任范围增加 30% 以上时即认为发生重大变动，相应水土保持方案需要及时做出变 更。因此， 在输变电工程建设过程中对杆塔周围的扰动面积进行及 时监管，保障环保水保顺利验收具有重要意义。 实际施工中的杆塔扰动范围往往呈不规则形状， 使用不规则地块划 分法进行人工量测费时费力， 而通过遥感影

11、像解译结合 GIS 软件的 计算几何功能可直接获取大范围内的塔基施工区扰动面积，如图 2 所示。 以无人机影像解译的扰动面积为参考， 对卫星遥感解译得到 的扰动面积进行精度评估，部分杆塔的误差计算结果如表 1 所示。由表可知，通过卫星遥感解译得到的扰动面积与无人机获取的结果相当，误差范围控制在 15%内，表明此方法的有效性。以 1000m2 为水土流失防治责任范围阈值进行扰动面积合规性的判断，则表中杆塔G140和P136属扰动合规，G119和P116扰动超标，需及时退 出不必要占地并进行植被恢复。图2扰动面积解译杆塔号扰动面积（mS卫星遥感）扰动面积（m2 无人机）i昊垦必(；14()471.

12、2427.08.1P136504.3466.410.4(；1192070.51882,8KhOP1161972.41821.98.3表1杆塔扰动面积精度评价结果3. 2溜坡溜渣位于山丘区的塔基在施工过程中若水保措施不及时或不到位，易造成溜坡溜渣，弓I发水土流失，影响当地生态环境。对已经出现的重大溜坡溜渣应当予以特别关注，敦促整改，以免扰动加剧。利用遥感影像对杆塔施工区域进行监控， 结合先验知识可在遥感影像中解 译识别出山区溜坡溜渣位置和面积如图3所示，杆塔G157在塔基正常施工区范围内向周围环境延伸 出一扰动区，且与道路分别，综合地形条件判断该处扰动疑似为溜 坡；后期基于无人机影像确认了该处溜

13、坡，进一步通过现场调查核实该处溜坡问题。综上，通过卫星遥感可及时发现溜坡溜渣问题， 及时治理，以保证顺利通过水保验收。图3溜坡溜渣解译3. 3水保措施在山丘区施工建设的塔基需特别注意可能存在的溜坡风险，对于施工过程产生的碎石碎渣在运出场外以前需进行合理归置，在具有一定坡度的地区需设置临时拦挡。上述工程措施在卫星遥感影像中不 容易被辨识，而通过无人机航摄可以将其识别出来。如图4所示，通过无人机详查发现个别塔基施工区设置了临时拦 挡，可有效预防溜坡风险，防止水土流失；后期经过人工现场抽查核实了以上水保措施图4临时拦挡解译3. 4施工便道对于局部地形复杂地段， 需修筑简易施工便道， 它往往和已有的道

14、 路在空间上有连接，需与施工前影像对比， 若施工前此道路已经存 在，则不定义为施工便道；若施工前没有此道路，是施工后出现的， 则判断为施工便道。通常水保方案对路宽做出限定，通过遥感影像解译结合GIS软件的计算几何功能可直接获取大范围内的施工便 道长度和宽度。湖南长沙望城500kV输变电工程水保方案中规定施工道路宽度为3m如图5所示为部分宽度超标的杆塔，宽度范围 45.4m;通过 无人机详查发现上述 3条施工道路破坏面积较大，进一步核实卫星遥感普查的结果图5施工道路解译4结论本文基于“天地一体化”监管思路，研究并形成针对输变电工程的 环水保天地一体化监管体系，即“卫星遥感普查+无人机详查+人工 现场抽查”，选取在建工程湖南长沙望城 500kV输变电工程进行环 水保监管。结果表