无人机在铁路建设项目环保监理中的应用_杨军.pdf

2022年第12卷第6期Vol.12No.62022铁 路 节 能 环 保 与 安 全 卫 生Railway Energy Saving&Environmental Protection&Occupational Safety and Health环境保护Environment Protection2022年第12卷第6期无人机在铁路建设项目环保监理中的应用杨军，刘龙，何流，王大可（中冶赛迪重庆环境咨询有限公司 交通市政环境咨询产品部，重庆401120）摘要：从郑万高速铁路环保监理实践出发，对无人机技术在铁路建设项目环保监理中的应用进行了探讨，总结了无人机辅助环保监理的技术路线。在环保监理日常巡查、环保工程“三同时”进度跟踪和保护目标专项检查中，利用无人机航拍影像进行人工判读，并通过计算机软件分析提取工程信息，最终实现对工程建设过程的有效监理，提高了环保监理的工作质量和工作效率，为相关工程建设中无人机技术的应用提供借鉴，并提出在无人机飞行继航、信号传输、机身稳定性等方面应进一步深化研究。关键词：无人机；铁路建设项目；环保监理中图分类号：X328；U215.1文献标识码：BDOI：10.16374/ki.issn2095-1671.2022.0062铁路作为一种绿色低碳的交通方式，对我国实现“双碳”目标具有重要作用。截至2021年底，我国铁路营业里程已达15万公里，其中高铁4万公里1。随着铁路的快速发展，其建设过程对沿线生态环境的影响也逐步受到了各方关注。自2002年青藏铁路建设试点开展环保监理开始，环保监理已经成为铁路建设项目施工期环境保护监督管理的重要手段2。铁路建设项目通常具有建设周期长、参建单位多、环境条件复杂等特点，传统环保监理手段难以有效开展监督检查。无人机技术具有适应性强、影像精度高、灵活机动的特点，可用于辅助巡查和定量勘察，可以提高环保监理的工作效率和工作质量3。在此，以郑万高速铁路重庆段为例，对无人机技术在铁路建设项目环保监理中的应用进行探讨。1无人机应用现状目前，无人机在铁路工程建设领域通常用于选线、勘察、测绘、巡检、竣工环保验收、水土保持等方面。李营等4将无人机用于武广客运专线竣工环保验收工作，建立了无人机影像信息分类体系，提高了竣工环保验收工作的效率和准确性。王志良等5在郑州至重庆铁路建设项目中引入无人机技术，实现了对重点区域水土保持监测数据的提取和分析，探讨了无人机技术在线状生产建设项目水土保持监测工作中的应用前景。目前，无人机在铁路建设项目环保监理工作中的应用相对较少。铁路建设项目环保监理实施过程中，传统的外业调查手段以人工踏勘为主。以郑万高速铁路重庆段为例，其渣场、拌和站等大临工程多选址在山区，环境条件复杂，传统人工踏勘耗时长，监理工作需要投入大量人力资源。与传统监理手段相比，无人机在设备和操作方面具有明显优势，如体积小、携收稿日期：2022-06-20修订日期：2022-10-09作者简介：杨军(1985)，男，四川攀枝花人，工程师，主要从事环境监理、环境影响评价工作。文章编号：2095-1671（2022）06-0015-0515环境保护铁 路 节 能 环 保 与 安 全 卫 生2022年第12卷第6期带使用方便、飞行速度快(一般可达到60 km/h)、灵活机动、能够很好适应地形条件。通过在铁路建设项目环保监理中使用无人机辅助开展外业调查，可以提升环保监理工作效率，节约人力资源投入，保障外业工作人员安全。无人机技术在铁路建设项目环保监理中的应用一般包括影像拍摄、影像数字化、数据提取3个方面。利用无人机获得调查对象的影像，进而通过第三方软件分析可以得到垂直影像、大比例地形、DEM数字高程和可测量三维模型6等数字成果，从中进一步分析得到工程进度、占地面积、对象体积、植被覆盖等信息，为开展定量分析提供了数据保障，提高了环保监理的工作质量和工作效率。2无人机在铁路建设项目环保监理中的应用2.1铁路建设项目主要环境影响特征铁路建设项目是典型的线型工程，工程线路沿线通常会涉及多种土地类型和生态系统，其生态环境影响主要集中在施工阶段。同时，车站、变电所、弃渣场、拌和站等具有点状工程特征，生态环境影响表现为土地占用、植被破坏和污染排放。以郑万高速铁路重庆段为例，其正线全长 183.865 km，桥隧占比达98.18%，全线布置弃渣场40余座、大临工程100余处，沿途涉及云阳小江湿地自然保护区、长江三峡风景名胜区、长江三峡巫山湿地自然保护区等多个生态敏感区7。基于对郑万高速铁路重庆段工程特征和沿线环境条件的分析，铁路建设项目通常具有以下特点：线路长，沿线环境保护目标多，生态环境影响范围大；建设周期长，生态环境影响呈现持续性影响特性；渣场、临建多且分散，环境保护监督管理难度大8。2.2无人机辅助环保监理技术路线铁路建设期间环保监理的对象主要包括：全线施工工点日常巡查，声屏障、环保拆迁等环保工程进度巡查，重点工程专项监督检查等。传统的环保监理手段主要是按照监理工作方案定期对施工现场进行巡查，督促施工单位限期整改并追踪检查环境问题。这种监理方式外业调查周期长、时效性较低，对重点区域缺乏量化调查数据，对重点工程进度缺乏动态跟踪，无法满足当前铁路建设环境保护需求。基于无人机技术特点，结合郑万高速铁路重庆段环保监理工作经验，本文将无人机辅助环保监理技术路线划分为3个方向和2个层级。3个方向分别为日常巡查、进度跟踪、专项检查；2个层级分别是无人机影像人工视检判读和计算机辅助定量分析。无人机辅助环保监理技术路线如图1所示。2.2.1全线工点日常巡查铁路工程施工标段多，除主体施工区域外，还有工区营地、拌和站、钢筋加工厂、弃渣场等临建场地。全线工点日常巡查对照环评文件及批复要求，核查各施工工点废水、废气等污染防治措施的落实情况。重点是解决各项环保措施的落实问题，需考虑监理指令发出的时效性，应将施工现场发现的环境问题及时反馈给施工单位和建设单位。同时，还需要考虑监理指令的可追溯性，以便后续整改对照。利用无人机高清摄像、即时图传、悬停拍照的功能，对各施工工点进行低空拍摄。同时，结合地面人工复核，评估施工现场环保措施落实情况。必要时，还可对施工工点重点部位进行垂直拍摄，经后期处理获得正射影像，进一步评估地面扰动面积、植被破坏范围等，动态掌握施工过程对周边区域生态环境的影日常巡查拌和站钢筋加工场工区营地弃渣场进度跟踪环保拆迁隔声屏障专项检查保护目标无人机辅助环保监理视检判读定量分析视检判读视检判读定量分析图1无人机辅助环保监理技术路线16无人机在铁路建设项目环保监理中的应用杨军 等2022年第12卷第6期环境保护像范围和变化趋势。无人机辅助开展工点日常巡查可以提高现场工作效率，对地面人员难以到达的区域进行高空检查，及时发现环境问题；同时，对发现的环境问题做到“及时反馈、拍照留档、整改对照”。2.2.2环保工程“三同时”进度跟踪环保工程“三同时”制度是我国环境保护监督管理的一项重要制度，其核心是“同时投产使用”，是建设项目通过竣工环保验收的重要条件之一。因此，环保监理必须加强“三同时”跟踪检查，将其作为建设项目整个施工阶段环保监理工作的重中之重。铁路建设项目通常位于城郊、乡村地区，环保工程主要包括声屏障、环保搬迁等，其环保监理重点在于跟踪建设进度，确保这些环保工程与主体工程同时投入建成，为竣工环保验收提供信息支撑，对监理成果的连续性和整体性有较高的要求。针对环保工程“三同时”进度跟踪，传统的环保监理方法以内业设计复核为主、辅以外业抽样调查。这种方法是以“按图施工”为前提，无法全面反映工程实际情况，对声屏障局部安装滞后、个别住户搬迁滞后等问题难以发现。利用无人机拍摄的高清、大比例影像，可以及时发现此类问题，尤其是工程后期监理人员难以进入轨面区。再者，无人机航线规划功能可以确保拍摄角度始终一致，从而得到不同时期、相同角度的工程影像，构建工程形象进度档案。以郑万高速铁路重庆段某隧道为例(见图2)，通过无人机航拍可以发现隧道洞口区域生态恢复滞后、线路两侧区域环保拆迁实施滞后、线路声屏障安装缺失等问题，进而建立问题库以监督相关施工单位整改，确保落实“三同时”要求。2.2.3保护目标专项监督检查铁路建设项目线路长，工程沿线涉及众多生态环境保护目标。环保监理工作应关注工程建设对这些保护目标的环境影响，尤其是当地政府发布的生态保护红线、自然保护区、风景名胜区等各类生态敏感区。环保监理工作重点在于落实生态敏感区位置、范围和管控要求；核查弃渣场、大临工程等选址和占地是否符合相关生态敏感区保护要求；施工扰动是否侵占保护区用地；各项保护措施是否落实等。利用无人机航拍技术获得铁路弃渣场、大临工程的遥感影像，再通过计算机辅助分析，提取弃渣场、大临工程等的垂直影像和DEM数字高程，最后将这些数字化工程信息与生态敏感区红线范围、分区范围进行定量比较，从宏观上分析工程选址与相关保护要求的符合性、工程占地与敏感区分区管控的符合性，以及施工扰动对临近敏感区的影响程度。无人机辅助开展保护目标专项监督检查的一般步骤如图3所示。图2无人机在环保工程“三同时”进度跟踪中的应用保护目标基础资料收集地理位置、红线范围、分区界线、管控要求等选取监督检查对象弃渣场、拌和站、钢筋加工厂、工区营地等制订航拍方案航线规划、飞行度度、拍摄角度等现场航拍影像解译数字度程、正射影像等内业分析占地范围、扰动面积、生态保护措施等问题整改任务下达图3无人机辅助环保目标监督检查一般步骤17环境保护铁 路 节 能 环 保 与 安 全 卫 生2022年第12卷第6期利用无人机开展保护目标监督检查的关键在于内业分析，即通过影像解译提取需要的工程信息，包括工程占地范围、施工扰动面积、生态保护措施等信息。其中，通过航拍照片可以直观判断工程现场是否采取了生态环境保护措施，工程占地是否涉及保护区域；利用解译后的正射影像和数字高程，可以提取工程占地面积、施工扰动面积、各项生态环境保护措施数量、植被覆盖度等。结合环评文件及相关生态敏感区管控要求，进一步判定是否符合竣工环保验收条件。与传统监理手段相比，在生态环境保护方面无人机技术具有显著的优势。一是通过计算机辅助分析系统提取工程数字信息，提高环保监理内业工作的准确性，为建设单位提供决策依据；二是为重要生态敏感区建立数字档案，实施长期跟踪检查，控制施工扰动范围，避免越界施工，最大程度降低施工活动造成的生态环境影响。图4为郑万高速铁路重庆段某施工工区营地正射影像和DEM数字高程，通过正射影像和DEM数字高程的进一步解译，能够提取项目植被覆盖度(见图5)，进而判断工区营地生态恢复情况。3结束语无人机技术可以将大量的外业调查转化为内业分析，提高工作效率的同时也提升了工作的精准性，具有较强的实用价值9。目前，无人机技术已应用于铁路建设勘察、测绘、巡检、水土保持管理等工作，并取得了较好的效果，为无人机在环保监理工作中的应用积累了经验。作为一种新的技术手段，无人机在遥感影像获取方面的优势可以显著提升环保监理的工作图5郑万高速铁路重庆段某施工工区营地植被覆盖度计算0 m 25 m50 m100 m150 m0 m 25 m50 m100 m150 m375 m370 m365 m360 m355 m350 m345 m340 m335 m375 m370 m365 m360 m355 m350 m345 m340 m335 m图4郑万高速铁路重庆段某施工工区营地正射影像和DEM数字高程18无人机在铁路建设项目环保监理中的应用杨军 等2022年第12卷第6期环境保护质量和工作效率，弥补传统监理手段的不足，为建设项目顺利通过竣工环保验收提供技术保障，更好的满足“双碳”新形势下建设绿色铁路的要求。但是，面对复杂的环境条件，无人机辅助环保监理技术亟待进一步研究，如受山体、高大植被影响，无人机经常会出现信号丢失、无法定位的情况，降低了工作效率；山区环境中局地风向、风速变化大，会出现无人机失控、炸机、坠毁事故，存在安全隐患；当前消费级多旋翼无人机继航时间短，无法适应长距离、多点位、大面积的连续