姜德文，亢 慶，趙永軍，李智廣，趙 院

(1.水利部 水土保持監(jiān)測中心，北京100053； 2.珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611)

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生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管技術(shù)研究

姜德文1，亢 慶2，趙永軍1，李智廣1，趙 院1

(1.水利部 水土保持監(jiān)測中心，北京100053； 2.珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611)

水土保持；“天地一體化”；監(jiān)管技術(shù)；建設(shè)項(xiàng)目

對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施跟蹤檢查與監(jiān)督管理是各級(jí)水行政主管部門的法定職責(zé)，但監(jiān)管工作不到位、難以盡責(zé)的實(shí)際，迫切要求提高監(jiān)管效能，“天地一體化”監(jiān)管成了解決這一問題的重要途徑。應(yīng)用國產(chǎn)高分辨率遙感影像、無人機(jī)遙感技術(shù)、野外移動(dòng)信息采集終端等高新技術(shù)與裝備，通過水土保持監(jiān)督管理信息系統(tǒng)的信息匯集、處理、傳送、自動(dòng)識(shí)別與判斷功能，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍、擾動(dòng)地表情況、棄渣場數(shù)量與位置、水土保持措施落實(shí)情況等實(shí)施全天候、全覆蓋監(jiān)管，并建立天地一體、上下協(xié)同、信息共享的機(jī)制，可為水土保持檢查、監(jiān)督執(zhí)法等提供及時(shí)、全覆蓋、精準(zhǔn)的技術(shù)支持，全面提升水土保持監(jiān)管水平和能力。

在我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的進(jìn)程中，公路、鐵路、礦山、電力、城鎮(zhèn)建設(shè)等造成的人為水土流失問題十分突出。水土保持法及地方水土保持條例(或?qū)嵤┺k法)均明確規(guī)定，縣級(jí)以上水行政主管部門負(fù)責(zé)對水土保持情況進(jìn)行監(jiān)督檢查，因此開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管是水行政主管部門的法定職責(zé)。從實(shí)際情況看，一方面，全國在建的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量多、分布分散、擾動(dòng)時(shí)間長，需要開展監(jiān)管的工作量巨大；另一方面，各級(jí)水行政主管部門機(jī)構(gòu)不健全、人員少、工作經(jīng)費(fèi)不足，實(shí)際監(jiān)管能力嚴(yán)重不足?，F(xiàn)實(shí)和需要都亟待創(chuàng)新監(jiān)管思路、監(jiān)管方法，“天地一體化”化監(jiān)管就成為最為有效的途徑。2015年水利部在全國啟動(dòng)了生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管示范，旨在深入開展監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)和方法的探索。

1 “天地一體化”監(jiān)管的需求與技術(shù)支持

1.1 政府與社會(huì)對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的需求

工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，大規(guī)模的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)地表、破壞植被，造成水土流失的現(xiàn)象較為普遍。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，近5年全國各級(jí)水行政主管部門審批的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案，每年都在2.5萬～3萬個(gè)，水土流失防治責(zé)任范圍達(dá)1.2萬～1.8萬km2。生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目還有一個(gè)顯著特點(diǎn)是連續(xù)施工，致使擾動(dòng)地表和損壞植被在隨時(shí)發(fā)生和變化，水土流失防治措施也在隨時(shí)實(shí)施，這就要求監(jiān)督檢查要及時(shí)，檢查頻率也要高。而全國需要監(jiān)管的項(xiàng)目數(shù)量巨大、范圍很廣，特別是需要現(xiàn)場監(jiān)督檢查的工作內(nèi)容比較多，主要有：擾動(dòng)地表的范圍是否超出批準(zhǔn)的水土流失防治責(zé)任范圍，取土場、棄渣場數(shù)量及位置是否與批準(zhǔn)的水土保持方案相比發(fā)生了變化，方案中的水土保持措施是否及時(shí)、到位實(shí)施，特別是對未在水土保持方案確定的棄渣專門存放地棄渣的，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)，依照水土保持法的規(guī)定進(jìn)行查處，防止造成水土流失危害事件。以往的監(jiān)督檢查工作以文件、材料、報(bào)告、現(xiàn)場抽查、重點(diǎn)檢查等方式為主，耗費(fèi)人力、物力、財(cái)力多，時(shí)間周期長，工作的時(shí)效性也不強(qiáng)。而對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目信息的了解則是依靠看報(bào)告、打電話等傳統(tǒng)方式，對現(xiàn)場情況掌握不及時(shí)、不準(zhǔn)確，致使監(jiān)督檢查的盲目性強(qiáng)、工作成本高。當(dāng)檢查不到位、不及時(shí)，發(fā)生重要事件時(shí)還會(huì)被問責(zé)。從流域管理機(jī)構(gòu)監(jiān)督檢查實(shí)際情況看，即便是由水利部審批的項(xiàng)目每年檢查一次都很難做到，更別說在全國范圍內(nèi)開展及時(shí)、準(zhǔn)確的檢查了。監(jiān)督管理工作客觀上也急需創(chuàng)新思路和做法。

國務(wù)院印發(fā)的《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》要求，到2020年基本實(shí)現(xiàn)生態(tài)狀況、環(huán)境質(zhì)量、重點(diǎn)污染源監(jiān)測全覆蓋。構(gòu)建生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái)，就是為了監(jiān)測、評估與預(yù)警重要生態(tài)功能區(qū)人為活動(dòng)對自然生態(tài)的干擾、破壞等。監(jiān)測與監(jiān)管要聯(lián)動(dòng)，監(jiān)測為監(jiān)管提供技術(shù)支撐和保障[1]。

1.2 “天地一體化”監(jiān)管技術(shù)應(yīng)用

“天地一體化”網(wǎng)絡(luò)(Space-Ground Integrated Network，SGIN)是綜合利用新型信息化技術(shù)，以目標(biāo)為導(dǎo)向，以信息流為載體，充分發(fā)揮空、天、地信息技術(shù)各自的優(yōu)勢，通過空、天、地等多維信息的有效獲取、協(xié)同、傳輸和匯聚，以及資源的統(tǒng)籌處理、任務(wù)的分發(fā)、動(dòng)作的組織和管理，實(shí)現(xiàn)時(shí)空復(fù)雜環(huán)境的一體化綜合處理和最大有效利用，為不同用戶提供實(shí)時(shí)、可靠、高效、智能、協(xié)作的信息基礎(chǔ)平臺(tái)和決策支持。

“天地一體化”監(jiān)管在我國相關(guān)部門已有開發(fā)應(yīng)用，如國土部門通過空天地一體化技術(shù)，對耕地資源實(shí)施監(jiān)管，確保1.2億hm2(18億畝)耕地紅線不突破；環(huán)境保護(hù)部門通過“天地一體化”監(jiān)管，對建設(shè)項(xiàng)目的污染源、排放量實(shí)施全天候監(jiān)測，林業(yè)、水利等也有一些類似的應(yīng)用。隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域的試驗(yàn)先行，高分遙感數(shù)據(jù)的國產(chǎn)化及其使用的公益化，為水土保持監(jiān)管提供了先進(jìn)技術(shù)保障和良好的信息源。

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管以高分遙感技術(shù)，特別是國產(chǎn)高分辨率衛(wèi)星影像(高分一號(hào)、高分二號(hào)、高分三號(hào)、資源三號(hào)等)、無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)，以及地面視頻監(jiān)測等空天地?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目開展水土保持監(jiān)管，結(jié)合已在全國部署的“全國水土保持監(jiān)督管理信息系統(tǒng)V3.0”，實(shí)施上下協(xié)同、信息共享的監(jiān)管，并建立監(jiān)測與監(jiān)控聯(lián)動(dòng)、監(jiān)控與監(jiān)督執(zhí)法聯(lián)動(dòng)機(jī)制，全面提高水土保持監(jiān)督管理的時(shí)效性和監(jiān)管效能。

2 “天地一體化”監(jiān)管總體目標(biāo)與任務(wù)

2.1 “天地一體化”監(jiān)管總體目標(biāo)

以生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管為總目標(biāo)，以信息化、現(xiàn)代化手段和方法為核心，以“天地一體化”監(jiān)管技術(shù)為重點(diǎn)，以技術(shù)創(chuàng)新為著力點(diǎn)，探索和研究生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管的技術(shù)和方法，確保水土保持監(jiān)管工作時(shí)效性更強(qiáng)，監(jiān)管更精準(zhǔn)，成效更顯著；實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持許可的范圍(水土流失防治責(zé)任范圍)、實(shí)際擾動(dòng)地表范圍與面積、棄渣場及取土場的數(shù)量與位置、批復(fù)水土保持措施的落實(shí)情況等進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控；為各級(jí)水行政主管部門發(fā)現(xiàn)違法違規(guī)建設(shè)行為、水土保持方案的跟蹤檢查、監(jiān)督執(zhí)法等提供及時(shí)、全覆蓋、精準(zhǔn)的技術(shù)支持，全面提高各級(jí)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的監(jiān)管效能。

根據(jù)中央對生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的總體要求[2]，未來的現(xiàn)代化監(jiān)管模式應(yīng)該是項(xiàng)目全覆蓋、過程全天候、信息全流通、管理全方位。全國各級(jí)水行政主管部門(中央、流域、省、市、縣)監(jiān)督管理工作實(shí)行一個(gè)統(tǒng)一平臺(tái)，對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目開工前的水土保持方案上報(bào)、審查、審批，建設(shè)過程中的水土保持施工監(jiān)理、水土保持監(jiān)測，項(xiàng)目完工后的水土保持技術(shù)評估、水行政主管部門的水土保持設(shè)施驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)全面、全過程的信息化管理。該工作平臺(tái)應(yīng)該具備三大特征：一是天地一體，實(shí)施空、天、地一體化的監(jiān)控，并相互協(xié)調(diào)和補(bǔ)充；二是上下協(xié)同，平臺(tái)工作的各級(jí)之間要相互協(xié)調(diào)，協(xié)同監(jiān)管；三是信息共享，各類信息(如水土保持方案基本信息、工程開工及建設(shè)信息、水土保持施工監(jiān)理信息、水土保持監(jiān)測信息、監(jiān)督檢查信息、完工及自驗(yàn)信息、技術(shù)評估信息、水土保持專項(xiàng)驗(yàn)收信息等)采集責(zé)任明確，并按各自職責(zé)及時(shí)上傳至信息平臺(tái)，由平臺(tái)分享到各級(jí)、各相關(guān)工作層面，相關(guān)各方可以查閱、下載相關(guān)信息，上級(jí)可以向下級(jí)發(fā)出指令，下級(jí)可以向上級(jí)提供情況，保障系統(tǒng)信息的動(dòng)態(tài)性、及時(shí)性，全面支撐和服務(wù)于各級(jí)水土保持管理部門。

2.2 “天地一體化”監(jiān)管工作任務(wù)

根據(jù)上述總體目標(biāo)，需完成的主要工作任務(wù)有：①查明縣級(jí)行政區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)建設(shè)擾動(dòng)情況，使用國產(chǎn)高分遙感影像，對地表擾動(dòng)圖斑(全國統(tǒng)一規(guī)定為大于0.1 hm2的擾動(dòng)圖斑)進(jìn)行全面解譯，查明現(xiàn)有的地表擾動(dòng)情況；②把縣域內(nèi)各級(jí)水行政主管部門審批的水土保持方案文本文件、方案特性表數(shù)據(jù)等錄入監(jiān)督管理系統(tǒng)，并將水土流失防治責(zé)任范圍(紅線)矢量上圖和入庫；③通過與批準(zhǔn)的水土保持方案紅線進(jìn)行對比，以及實(shí)地抽查驗(yàn)證(全國統(tǒng)一規(guī)定為大于1 hm2的擾動(dòng)地塊)，辨別擾動(dòng)圖斑中屬于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的擾動(dòng)地塊，建立生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目跟蹤監(jiān)控本底庫；④通過定期或不定期遙感監(jiān)測，對紅線、黃線(實(shí)際擾動(dòng)圖斑)進(jìn)行對比、分析，判斷生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目擾動(dòng)地表的合規(guī)性，為水行政主管部門的監(jiān)督檢查提供及時(shí)、準(zhǔn)確信息[3]。

2.3 “天地一體化”監(jiān)管內(nèi)容

根據(jù)水土保持法賦予水行政主管部門對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目監(jiān)督管理的具體職責(zé)，水土保持“天地一體化”監(jiān)管工作內(nèi)容有4個(gè)方面：①生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目是否依法依規(guī)編報(bào)了水土保持方案。通過對地表擾動(dòng)圖斑與審批方案信息進(jìn)行對比，判別項(xiàng)目建設(shè)的合規(guī)性(即開工前是否報(bào)批了水土保持方案)。②生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目是否在批準(zhǔn)的防治責(zé)任范圍內(nèi)建設(shè)施工。通過批準(zhǔn)范圍與實(shí)際擾動(dòng)范圍的對比，若發(fā)現(xiàn)存在超出范圍擾動(dòng)情況，包括項(xiàng)目地點(diǎn)、規(guī)模發(fā)生的重大變化、水土保持措施發(fā)生的重大變更，則要查看是否進(jìn)行了變更報(bào)批，為監(jiān)督檢查提供信息。③棄渣場、取土場的實(shí)際數(shù)量與位置是否與批準(zhǔn)文件一致。根據(jù)法律規(guī)定，凡未在水土保持方案確定的專門存放地棄渣的，均為違法棄渣，水行政主管部門應(yīng)依法進(jìn)行處罰，并依法要求建設(shè)單位限期整改。對棄渣場進(jìn)行跟蹤監(jiān)控是水土保持監(jiān)管的一項(xiàng)重要工作。④水土保持措施是否按批準(zhǔn)的方案落實(shí)。具體內(nèi)容有工程建設(shè)現(xiàn)場各分區(qū)是否采取了防治水土流失的措施，是否存在較嚴(yán)重的水土流失，棄渣場、取土場等場地是否存在水土流失危害風(fēng)險(xiǎn)與隱患等。

3 “天地一體化”監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)

3.1 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

“天地一體化”監(jiān)管的技術(shù)突破主要是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代空間技術(shù)、信息技術(shù)與水土保持監(jiān)管業(yè)務(wù)的深度融合[4]。①在高空監(jiān)控技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)高分辨率遙感影像在生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)管中的廣泛、深入應(yīng)用。國產(chǎn)高分辨率遙感影像推廣使用的優(yōu)勢：一是信息源在各級(jí)政府部門的管理工作中可免費(fèi)使用；二是高分辨率能夠滿足水土保持精準(zhǔn)監(jiān)管、精細(xì)監(jiān)控的需要，特別是高分三號(hào)采用雷達(dá)、微波技術(shù)，突破了云雨天氣、夜晚對遙感監(jiān)控形成的制約，大大提升了遙感資源的信息量和可用量。②在低空監(jiān)控技術(shù)方面，充分發(fā)揮無人機(jī)監(jiān)控所具有的近地表、時(shí)效性強(qiáng)、操作簡便易行的特點(diǎn)，特別是國產(chǎn)無人機(jī)性能強(qiáng)、成本低的特點(diǎn)，為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測、監(jiān)督檢查等提供了及時(shí)、快捷的技術(shù)支持。③在信息集成與使用方面，一是對全國水土保持監(jiān)督管理系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，全面提升了該系統(tǒng)的信息處理和服務(wù)能力，增加了矢量數(shù)據(jù)錄入、傳輸、存貯、共享等功能，通過高分遙感和無人機(jī)遙感等取得的信息在該系統(tǒng)中也可運(yùn)行和進(jìn)行管理。二是系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境突破了原來只能在水利防汛專網(wǎng)運(yùn)行的局限，可在互聯(lián)網(wǎng)上運(yùn)行，給各級(jí)、各類用戶的使用帶來了極大的便利。三是通過信息的科學(xué)、規(guī)范管理，使生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的水土保持方案信息、工程建設(shè)信息、水土保持監(jiān)理和監(jiān)測信息、技術(shù)評估及驗(yàn)收信息等，能夠通過網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)中快速匯集、流通、互聯(lián)和共享。④在野外移動(dòng)使用平臺(tái)方面，研究并開發(fā)了監(jiān)督管理信息移動(dòng)采集終端，在技術(shù)支撐單位復(fù)核生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場信息、水行政主管部門監(jiān)督檢查中，可現(xiàn)場填寫信息、定位勾繪擾動(dòng)地塊、采集圖片、視頻等信息，還可查詢生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目基本信息，為復(fù)核、監(jiān)督工作提供支持?，F(xiàn)場信息可隨時(shí)上傳信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)野外工作與大數(shù)據(jù)平臺(tái)的信息交換、共享。

3.2 “天地一體化”監(jiān)管關(guān)鍵技術(shù)研究

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，“天地一體化”監(jiān)管重點(diǎn)在以下幾方面實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破：①遙感影像的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目專題信息增強(qiáng)技術(shù)，特別是針對生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的信息增強(qiáng)、影像融合及影像鑲嵌等技術(shù)，更加突出生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的相關(guān)信息，可為后續(xù)工作的開展提供針對性強(qiáng)的基礎(chǔ)信息源。②生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目遙感解譯標(biāo)志庫的建立，可提高解譯的準(zhǔn)確率和工作效率，對涉及水土保持的36類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目分別建立了解譯標(biāo)志，形成了強(qiáng)大的智庫。③擾動(dòng)圖斑識(shí)別與生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目提取技術(shù)，將非生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的擾動(dòng)圖斑進(jìn)行排查，可減少不必要的遙感解譯和野外調(diào)查工作量，提高生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的識(shí)別率和準(zhǔn)確率。④生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治責(zé)任范圍(紅線)上圖技術(shù)，結(jié)合以往水土保持方案數(shù)據(jù)、圖件的實(shí)際情況，研究紅線矢量化的技術(shù)方法，最大限度地實(shí)現(xiàn)過往項(xiàng)目的紅線上圖，對今后紅線上圖提出了標(biāo)準(zhǔn)和方法，為開展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持“天地一體化”監(jiān)管提供了基礎(chǔ)信息。⑤生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目合規(guī)性自動(dòng)判別與預(yù)警技術(shù)，通過對紅線、黃線的解譯、判別，提出了疑似違規(guī)、違規(guī)、發(fā)生變化等判別方法和標(biāo)準(zhǔn)。⑥建設(shè)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測技術(shù)，借助衛(wèi)星遙感、無人機(jī)遙感等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果與審批紅線的自動(dòng)定位、對比，對超出紅線的擾動(dòng)圖斑進(jìn)行預(yù)警，并在監(jiān)督管理系統(tǒng)中警示，提示水行政主管部門開展檢查。⑦多源空間信息快速采集技術(shù)，對“天地一體化”監(jiān)管中使用的高分遙感信息、無人機(jī)遙感信息、野外現(xiàn)場視頻信息、移動(dòng)終端采集信息等進(jìn)行及時(shí)、規(guī)范采集、入庫。⑧基于云服務(wù)的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目現(xiàn)場信息采集技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐的野外現(xiàn)場終端，快速、準(zhǔn)確地調(diào)查生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)信息，全面服務(wù)于野外調(diào)查、監(jiān)督檢查、驗(yàn)收評估等工作。

[1] 姜德文.論生態(tài)文明建設(shè)中的水土保持監(jiān)測與公共服務(wù)[J].中國水土保持科學(xué)，2016(5)：20-24.

[2] 姜德文.落實(shí)中國生態(tài)文明建設(shè)意見 推進(jìn)水土保持新發(fā)展[J].中國水土保持，2016(2)：1-5.

[3] 李智廣，王敬貴.生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目“天地一體化”監(jiān)管示范總體實(shí)施方案[J].中國水土保持，2016(2)：14-17.

[4] 姜德文.高分遙感和無人機(jī)技術(shù)在水土保持監(jiān)管中的應(yīng)用[J].中國水利，2016(16)：45-49.

(責(zé)任編輯 孫占鋒)

水利部綜合事業(yè)局拔尖人才培養(yǎng)專項(xiàng)資金研究項(xiàng)目(20150608-01)

S157

C

1000-0941(2016)11-0001-03

姜德文(1959—)，男，內(nèi)蒙古阿拉善左旗人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，享受國務(wù)院政府特殊津貼專家，水利部5151人才工程部級(jí)人選，水利部綜合事業(yè)管理局首席專家，水利部水土保持監(jiān)測中心副主任，長期從事水土保持項(xiàng)目管理、監(jiān)測和技術(shù)咨詢工作。

2016-09-26