朱京海 王曉臣 問(wèn)鼎 梁婷

風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，現(xiàn)在越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。2012年科技部印發(fā)了《風(fēng)力發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》，在《規(guī)劃》中提到，到2015年時(shí)我國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)將達(dá)到1億千瓦，當(dāng)年發(fā)電量達(dá)到1900億千瓦時(shí)，規(guī)劃風(fēng)電新增裝機(jī)7000萬(wàn)千瓦[1]。與此同時(shí)相應(yīng)的風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目竣工驗(yàn)收的工作量也會(huì)越來(lái)越大。如果采用傳統(tǒng)的人工踏勘的方法，工作量將是巨大的，特別是風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)一般位于風(fēng)能密度高的草原、山地丘陵和濱海地區(qū)，受地理環(huán)境條件等所限，人工勘察難度相對(duì)較大，在實(shí)際驗(yàn)收調(diào)查工程中，由于缺乏相應(yīng)的儀器設(shè)備，往往更多的是憑借調(diào)查人員的主觀臆斷和環(huán)評(píng)單位及環(huán)境監(jiān)理單位出具的報(bào)告，容易給環(huán)保驗(yàn)收工作帶來(lái)驗(yàn)收結(jié)果不完整、不準(zhǔn)確，缺乏客觀性和科學(xué)性等問(wèn)題。

而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人機(jī)作為獲取遙感數(shù)據(jù)的新型手段，憑借其靈活型、低成本、即時(shí)性、可在危險(xiǎn)地區(qū)作業(yè)等特點(diǎn)，已經(jīng)成為獲取高分辨率遙感影像的重要工具之一[2-5]?；谝陨咸攸c(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，無(wú)人機(jī)特別適用于獲取小范圍高分辨率環(huán)境遙感數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用于建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境應(yīng)急、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境監(jiān)察等領(lǐng)域[6,7]。在現(xiàn)階段的竣工環(huán)保驗(yàn)收工作中，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目環(huán)保驗(yàn)收尚無(wú)相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則、技術(shù)方法、成熟的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[8]。因此，加強(qiáng)風(fēng)電場(chǎng)環(huán)保驗(yàn)收的技術(shù)方法研究就顯得尤為重要。

本文利用遼寧省環(huán)境與航空應(yīng)用工程中心在錦州黑山楊屯風(fēng)電場(chǎng)竣工驗(yàn)收中分辨率達(dá)到0.2 m的無(wú)人機(jī)航拍影像作為數(shù)據(jù)源，在詳細(xì)判研環(huán)評(píng)報(bào)告的基礎(chǔ)上，借助ArcGIS軟件的相關(guān)功能，對(duì)驗(yàn)收調(diào)查的重點(diǎn)區(qū)域和敏感目標(biāo)通過(guò)一系列相關(guān)解譯計(jì)算和分析，建立了無(wú)人機(jī)遙感風(fēng)電類建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收解譯標(biāo)志庫(kù)建立的方法，提出了基于無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)的生態(tài)驗(yàn)收調(diào)查流程，以期為今后的無(wú)人機(jī)風(fēng)電場(chǎng)竣工環(huán)保驗(yàn)收工作提供參考和依據(jù)。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)源概況

錦州黑山楊屯風(fēng)電場(chǎng)位于遼寧省黑山縣西北部楊屯鎮(zhèn)北，場(chǎng)址中心處坐標(biāo)為東經(jīng)122°05′40″，北緯41°55′5″。該場(chǎng)址處于黑山縣與阜新蒙古自治縣交界處，屬我國(guó)“三北”風(fēng)帶，風(fēng)能資源十分豐富。場(chǎng)址北至牛蹄洼，南至東八間房，西至王大包屯，東鄰下蔡屯，地形為海拔高度70～160 m的丘陵。場(chǎng)區(qū)規(guī)劃面積為9 km2。該地區(qū)地勢(shì)較高，為丘陵山地。

本次無(wú)人機(jī)影像使用遼寧省環(huán)境與航空應(yīng)用工程中心自主研發(fā)的LH-1號(hào)型環(huán)保無(wú)人機(jī)搭載佳能5DM arkⅡ型數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝，機(jī)身搭載高精定位定向系統(tǒng)（POS）和實(shí)時(shí)智能監(jiān)控系統(tǒng)，本次飛行相對(duì)航高500 m，航向重疊率80 %，旁向重疊率 60 %。獲取的影像空間分率達(dá)到0.1 m，后期內(nèi)業(yè)使用PixelGrid軟件中UAV模塊對(duì)獲取的影像進(jìn)行影像糾正和拼接，并結(jié)合實(shí)地考察并設(shè)置控制點(diǎn)等方式對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，最終生成黑山風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域的數(shù)字正射影像，如圖1所示。

圖1 研究區(qū)地理位置及無(wú)人機(jī)遙感影像

2 風(fēng)電場(chǎng)環(huán)保驗(yàn)收特征分析

2.1 風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)特征分析

我國(guó)已建以及適合風(fēng)場(chǎng)建設(shè)的區(qū)域主要分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，植被覆蓋度不高，生態(tài)環(huán)境相對(duì)脆弱[9]。按照風(fēng)電場(chǎng)所出的地理位置，一般將其分為：風(fēng)沙草原型、山地型、濱海型、海上型[10,11]。由于目前風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目尚無(wú)相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則、技術(shù)方法、成熟的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在總結(jié)前人的研究成果基礎(chǔ)上，將風(fēng)電項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)主要?dú)w納為生態(tài)影響、經(jīng)濟(jì)影響、公眾安全影響、景觀及視覺(jué)影響、噪聲影響、電磁輻射影響等方面[12]。

2.2 風(fēng)電場(chǎng)環(huán)保驗(yàn)收范圍及重點(diǎn)目標(biāo)

黑山楊屯風(fēng)電場(chǎng)工程環(huán)境影像評(píng)價(jià)報(bào)告表對(duì)風(fēng)電場(chǎng)施工期和運(yùn)營(yíng)期的環(huán)境保護(hù)措施及環(huán)境保護(hù)方案進(jìn)行了明確的規(guī)定。通過(guò)研讀環(huán)評(píng)報(bào)告表的相關(guān)生態(tài)影響評(píng)價(jià)的內(nèi)容，在總結(jié)分析風(fēng)電場(chǎng)環(huán)境影響評(píng)價(jià)特征的基礎(chǔ)之上，結(jié)合無(wú)人機(jī)遙感獲取的可見(jiàn)光影像特點(diǎn)，最大限度地提取必要的環(huán)境信息，確定了此次無(wú)人機(jī)遙感風(fēng)電場(chǎng)竣工環(huán)保驗(yàn)收工作的重點(diǎn)，如表1所示。

表1 無(wú)人機(jī)環(huán)保驗(yàn)收調(diào)查項(xiàng)目

2.3 解譯標(biāo)志的建立

本次研究調(diào)查以色調(diào)、形態(tài)、物體的結(jié)構(gòu)和地物的紋理特征等為主要識(shí)別標(biāo)志[13]，在詳細(xì)研讀環(huán)評(píng)報(bào)告表的基礎(chǔ)之上，結(jié)合地形地貌和野外調(diào)查的實(shí)際結(jié)果，建立了研究區(qū)的遙感解譯標(biāo)志，見(jiàn)表2。

（1）風(fēng)機(jī)。為白色柱狀，可見(jiàn)其頂端的旋轉(zhuǎn)葉片，紋理特征非常明顯。由于環(huán)保驗(yàn)收期離建設(shè)項(xiàng)目竣工時(shí)間較近，風(fēng)機(jī)周圍大多數(shù)可見(jiàn)裸露的地面，人工作業(yè)的痕跡非常明顯，在圖中可以快速斷定。

（2）箱變。為風(fēng)機(jī)配套設(shè)施，一般位于風(fēng)機(jī)一側(cè)，底座為白色混泥土結(jié)構(gòu)，在圖中表現(xiàn)為規(guī)則方形，圖中可以快速斷定。

（3）居民點(diǎn)。大多數(shù)為規(guī)則方形，除少數(shù)零星分布外大多數(shù)為聚居，在影像中表現(xiàn)明顯，呈白色點(diǎn)狀，有屋頂一般呈灰色，一般位于道路交匯處，圖中可以快速斷定。

（4）鐵道。為連續(xù)性線性分布，一般呈暗灰色，紋理平滑，邊界明顯，在圖中可以快速斷定。

2.4 人機(jī)交互式解譯

根據(jù)解譯標(biāo)志和目視解譯的原則，采用人機(jī)交互式解譯方式，通過(guò)ArcGIS軟件通過(guò)目視解譯對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行提取并建立解譯標(biāo)志，并在ArcGIS中對(duì)其勾畫并生成shape矢量數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從研究區(qū)內(nèi)共提取出重點(diǎn)環(huán)境信息有33處風(fēng)機(jī)及配套的箱變，15處居民點(diǎn)，1段鐵路和2處文物。對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行了野外實(shí)地驗(yàn)證，結(jié)果表明解譯精度達(dá)到100 %。步驟如下：

（1）導(dǎo)入經(jīng)過(guò)處理的無(wú)人機(jī)遙感影像，以此作為工程底圖；

（2）建立地理數(shù)據(jù)庫(kù)。在ArcCatalog環(huán)境中，建立“風(fēng)電場(chǎng)竣工環(huán)保驗(yàn)收”的“地理數(shù)據(jù)庫(kù)”，之后在“地理數(shù)據(jù)庫(kù)”中分別建立相應(yīng)的“要素類”，在各“要素類”中建立對(duì)應(yīng)屬性字段并設(shè)定字段類型，最終完成風(fēng)電場(chǎng)竣工環(huán)保驗(yàn)收數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。

表2 無(wú)人機(jī)遙感影像特征

（3）在ArcMap中使用編輯器完成點(diǎn)、線、面的勾畫，并對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)環(huán)保驗(yàn)收環(huán)境重點(diǎn)目標(biāo)信息矢量化提??；

（4）利用ArcGIS軟件建立相應(yīng)風(fēng)機(jī)及鐵路防護(hù)距離的緩沖區(qū)域，對(duì)環(huán)保敏感目標(biāo)進(jìn)行分析；

圖2 研究區(qū)解譯結(jié)果

（5）建立基于ArcGIS為平臺(tái)的風(fēng)電場(chǎng)環(huán)保驗(yàn)收查詢平臺(tái)；使用A rcGIS中的查詢功能，可以很方便地查詢出風(fēng)機(jī)距離最近環(huán)境敏感目標(biāo)的距離、地理位置、編號(hào)等信息。

（6）形成遙感解譯成果圖，見(jiàn)圖2。

3 驗(yàn)收結(jié)果

選用最鄰近距離法，結(jié)合地形等高線等地形要素，利用ArcGIS軟件使用緩沖區(qū)功能建立各環(huán)境要素的緩沖區(qū)域，并量算出風(fēng)機(jī)與環(huán)境要素的距離，統(tǒng)計(jì)出建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)面積和受光影影響的房屋數(shù)量等環(huán)保驗(yàn)收數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3 環(huán)保驗(yàn)收結(jié)果一覽表

3.1 項(xiàng)目位置情況

該風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)情況與環(huán)評(píng)報(bào)告表中出入很大，主要有：

（1）本項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的區(qū)域范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)符合項(xiàng)目區(qū)域建設(shè)規(guī)劃，設(shè)計(jì)的33臺(tái)風(fēng)機(jī)坐標(biāo)全部在區(qū)域規(guī)劃范圍內(nèi)；但廠區(qū)實(shí)際建設(shè)面積為15 km2，比環(huán)評(píng)階段增加6 km2。

（2）本項(xiàng)目環(huán)評(píng)階段的建設(shè)區(qū)域范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)的區(qū)域范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)相符，但環(huán)評(píng)階段的33臺(tái)風(fēng)機(jī)坐標(biāo)與區(qū)域規(guī)劃范圍不符，其中，有30臺(tái)風(fēng)機(jī)坐標(biāo)不在本項(xiàng)目區(qū)域規(guī)劃范圍內(nèi)；

（3）本項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)的風(fēng)機(jī)坐標(biāo)與工程設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)坐標(biāo)基本相同，但與環(huán)評(píng)階段的風(fēng)機(jī)坐標(biāo)不同，兩者相差近千余米；實(shí)際建設(shè)的33臺(tái)風(fēng)機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)位于本工程設(shè)計(jì)和項(xiàng)目環(huán)評(píng)期間的規(guī)劃范圍。

（4）該風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)工程中33臺(tái)風(fēng)機(jī)總體分布情況和坐標(biāo)位置與環(huán)評(píng)階段對(duì)照發(fā)生較大的變化，30臺(tái)風(fēng)機(jī)建設(shè)點(diǎn)位與環(huán)評(píng)給出的風(fēng)機(jī)坐標(biāo)點(diǎn)位不符，均相差約千余米。

3.2 環(huán)境敏感目標(biāo)情況

（1）實(shí)際建設(shè)中有7臺(tái)風(fēng)機(jī)鄰近四個(gè)村莊，其中250～450 m范圍內(nèi)涉及1戶居民，450～500 m范圍內(nèi)涉及47戶居民。

（2）編號(hào)為2C17的風(fēng)機(jī)建設(shè)距省級(jí)保護(hù)文物—摩崖造像鄰近敏感點(diǎn)812 m，編號(hào)為2C16和2C17的風(fēng)機(jī)距多寶塔分別為971 m、812 m，不滿足規(guī)劃環(huán)評(píng)中批復(fù)的風(fēng)機(jī)建設(shè)最小距離文物1000 m的距離要求。

（3）項(xiàng)目建設(shè)與鄭大鐵路最近的2D20風(fēng)機(jī)距鐵路距離達(dá)351 m，該風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)建設(shè)距鄭大鐵路均滿足大于150 m的安全控制距離要求。

4 結(jié)論與建議

（1）本文利用無(wú)人機(jī)遙感和GIS技術(shù)對(duì)黑山楊屯風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收工作進(jìn)行了初探，快速、準(zhǔn)確地獲得了項(xiàng)目區(qū)域高分辨率遙感影像，并從中最大限度地提取出環(huán)保驗(yàn)收工作所需的信息，在風(fēng)電場(chǎng)環(huán)保驗(yàn)收工作中具有可行性與客觀性，提高了驗(yàn)收工作的科學(xué)性。

（2）無(wú)人機(jī)環(huán)境遙感技術(shù)的使用與原有靠現(xiàn)場(chǎng)踏勘驗(yàn)收的方式相比工作效率大大提高，有更強(qiáng)的準(zhǔn)確性和說(shuō)服力。根據(jù)無(wú)人機(jī)遙感結(jié)果分析，目前的環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作的科學(xué)性有待進(jìn)一步限提高，急需采用更為科學(xué)的預(yù)測(cè)方法與技術(shù)，建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收工作也應(yīng)該遵循獨(dú)立、客觀、科學(xué)的原則。

建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收工作是落實(shí)“三同時(shí)”制度的重要手段，傳統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了新形勢(shì)下的環(huán)保驗(yàn)收工作，需要引起社會(huì)和學(xué)術(shù)界的高度重視；關(guān)于引入無(wú)人機(jī)等新技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行環(huán)保驗(yàn)收工作的方法還需要進(jìn)一步的探索和研究。本文以黑山楊屯風(fēng)電場(chǎng)環(huán)保驗(yàn)收為例，旨在介紹一種新的驗(yàn)收技術(shù)，為今后該類項(xiàng)目的環(huán)保驗(yàn)收工作提供可能的參考和依據(jù)。

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