摘要：管道在建设过程中造成的水土流失的监测，必须结合新型的无人机遥感技术进行监测，无人机遥感技术具备准确性、实时性和全面性的特点，成为生产建设项目水土保持监测新的技术手段，通过无人机对项目的重点区域进行遥感监测，对该技术应用于长输管道工程监测进行探讨。
关键词：长输管道；无人机遥感；水土保持
水土保持监测作为生产建设项目水土保持工作的重要组成部分，是水土流失预防监督和治理的重要基础。常规的水土保持监测技术手段无法很好满足生产建设项目水土保持监测准确性、及时性和完整性的要求。无人机遥感具备准确性、实时性和全面性的特点，成为生产建设项目水土保持监测新的技术手段。通过对已完成的西气东输项目前期充分调研分析，通过无人机对项目的重点区域进行遥感监测，对该技术应用于长输管道工程监测进行探讨。
1．工程概况
西气东输二线工程西起新疆霍尔果斯口岸，向东南延伸至上海、香港，全长近万公里，是我国天然气四大进口战略信道中的西北信道，工程新疆段自新疆霍尔果斯口岸入境后，基本沿G312由西向东敷设，从哈密市出疆，管线长度约1340km。本次论文研究对象选择其中典型果子沟路段的两处渣场为例。本次选取果子沟两处渣场，1#渣场设计堆渣量1.5万m3，2#设计堆渣量4.7万m3。渣场主要挡蓄西气东输二线工程管道开挖的弃渣。弃渣堆放场挡土墙呈L形设计方案，两墙肩依山体斜坡为固定支承点，山体斜坡岩性多为坡积和中强风化岩石，挡土墙肩嵌入山坡、梁凸出部位。本次渣场围护设计采用重力式挡土墙型式。1#渣场挡土墙全长236m，采用浆砌块石填筑，优选弃渣料，不够时再外借。挡土墙墙顶宽度0.6m，迎渣面坡度1：0.4，背渣面坡度1：0.2，墙面高度4m，地面以上高度3m，前后墙趾宽度0.5m，高度1m。2#渣场挡土墙全长308m，采用浆砌块石填筑，优选弃渣料，不够时再外借。挡土墙墙顶宽度0.6m，迎渣面坡度1：0.3，背渣面坡度1：0.2，墙面高度2.5m，地面以上高度1m，前后墙趾宽度0.5m，高度1m。挡土墙每隔15m设一道伸缩缝，缝宽2cm，用M2.5砂浆填缝，墙内布设排水孔，采用管径6cm的塑料管，排水孔坡度5％，间距1m，梅花形布置。渣场外坡按照1：2堆至1820.5m，顶部修成5％的坡度，以便于排水。外坡采用浆砌石网格砌筑，网格规格2×2m，采用C15、F200细粒混凝土，网格内播撒草籽。
2.无人机遥感技术在典型区域的监测应用
长输管道工程空间跨距长，多无人区，采取全线普查法获取水土流失数据的难度大，投入大，时间长。因此，监测区域的土壤侵蚀背景数据及施工前后扰动、治理效果的对比等，主要通过遥感监测方法与典型调查方法相结合的途径获得。以遥感影像为数据源，按照《水土保持监测技术规程》（SL277－2002）规定，对监测区域进行外业调查，建立遥感解译标志，通过解译，获得监测区域在施工前后各种土地利用类型、土壤侵蚀类型和侵蚀强度的分布、面积和空间特征数据。
2.1人机交互式解译流程
采用人机交互式解译法进行遥感影像的解译与判读，同时，对比分析重点监测地段的土地利用和土壤侵蚀状况，包括工程区域和扰动带两部分，其中工程区域以管线中心线左右各500m范围为监测区域，扰动带则以管线中心线左右各20m为监测区域。
2.2土地利用解译
在遥感影像的土地覆盖信息基础上，依据人机交互式解译原理和野外实地考察的结果建立项目区土地利用类型典型遥感影像解译标准，形成土地利用现状图。土地利用分类参照国家土地利用分类标准进行分类，本次选择的典型渣场所处位置进行遥感影像处理，分析工程所处的土地利用现状为有林地，见图1。
2.3土壤侵蚀专题信息提取
在土地利用图生成后，以人机交互式解译原理和野外实地考察的结果分别建立土壤侵蚀类型遥感影像解译标准。土壤侵蚀分类、制图和数据库建立均按照SL190-2007规定的标准土壤侵蚀分类分级系统进行。本次工程属于天山山脉，工程沿山间河谷地带布设，典型渣场选取在不影响行洪的山间洼地，所处位置为水力轻度侵蚀区域，详见图2。本次无人机的遥感监测，获到的只是施工结束后的一个时段的数据，只代表了这一时段的现状，本期的数据可与工程施工前、施工过程中的数据对比分析，即可得到工程施工过程中的变化情况，也可了解到工程在自然恢复期的各项措施的实施后的效果。
3.无人机遥感技术特征分析
通过本长输管道工程选取典型渣场的应用实例分析，将无人机遥感技术应用到生产建设项目水土保持监测工作中，可以准确、及时、全面地反映施工过程各阶段的工程进展和水土流失防治等情况，特别是在长输管道等大型线状工程，优势更加突出和明显。（1）无人机准确性高。生产建设项目水土保持监测的重点往往是以米记的水土保持措施，传统卫星遥感对大范围的航拍有优势，但对重点区域精度无法满足监测需求。无人机低空遥感可根据需求，调整飞行高度以获取不同精度的成果。本次无人机低空飞行高度在50~300m之间，遥感像素分辨率为0．25m，经过精度检验，成果平面精度的误差为1～3m，完全满足水土保持监测判读、位置、面积等信息提取的要求。（2）无人机时效性好。无人机遥感与传统卫星遥感相比，较好地弥补了其时效性差和机动性低的缺点。可以根据不同项目监测工作的需求，由现场监测人员确定遥感的时间和范围，在较短的时间内完成遥感影像获取和监测信息的提取，能较及时地反映工程水土流失和水土保持情况，满足定期常规监测和灾害性事件应急监测的需求。而传统的卫星遥感，机动性相对较差，不能及时的由现场监测人员掌握。（3）无人机更直观全面。无人机遥感成果对比传统的常规监测方法，更能较为直观和全面地反映工程现状，不但能为业主、施工、监理、监测等部门在施工管理、施工总体布局、施工进度控制等方面提供支持。而且可为水行政主管部门、业主单位水土保持监督管理提供参考。
4.问题与思考
通过对本次典型工程的无人机遥感调查及数据的分析，以及对新疆区域的无人机应用的调研了解到，目前，无人机遥感技术在新疆生产建设项目水土保持监测中的应用尚处在探索阶段，还存在很多的疑问和不足，需要进一步的改进和研究。首先就是小型无人机，在实际操作过程中，对天气的依赖性较强，受天气的影响较大，在云雾和雨雪天气，对航拍的质量没法满足要求，风力较大时，无法进行飞行，对无人机的损坏比较严重；其次就是在现阶段，无人机的数据采取，需要投入较多的工程技术人员，而且在航拍过程中，技术人员之间操作水平和习惯的差异，对垂直精度有影响，造成的误差较大，所以对采集的数据只能作为参考，不能直接使用；最后就是在实际应用中成本较大，无人机自身成本及配套的影像处理软件费用较高，另外还有操作过程中机体损坏成本，单一的监测工作或者小型工程监测费用不足，无法实施长期的无人机监测工作，所以只能根据工程情况和必要成都，有计划的开展无人机的监测工作。
作者：张刚 单位：新疆农业大学水利与土木工程学院