無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在城鎮(zhèn)土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

雷雙友，尹向紅，李軒宇

(1.湖南省測(cè)繪科技研究所，湖南長(zhǎng)沙410005;2.湖南省國(guó)土資源信息中心，湖南長(zhǎng)沙410008)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在城鎮(zhèn)土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

雷雙友1，尹向紅2，李軒宇1

(1.湖南省測(cè)繪科技研究所，湖南長(zhǎng)沙410005;2.湖南省國(guó)土資源信息中心，湖南長(zhǎng)沙410008)

以某城鎮(zhèn)區(qū)域?yàn)槔?，探討利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)手段獲取區(qū)域高分辨率影像，并對(duì)影像進(jìn)行技術(shù)處理后，應(yīng)用于土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的一系列技術(shù)方法、指標(biāo)體系，為土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作提供一條新的技術(shù)路徑。

無(wú)人機(jī)遙感;土地集約利用;評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

一、引 言

土地集約化利用，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的客觀(guān)需要。城市土地利用集約化程度的確定，需要利用土地集約評(píng)價(jià)理論、指標(biāo)體系等方面對(duì)土地進(jìn)行綜合科學(xué)評(píng)估來(lái)完成。傳統(tǒng)城鎮(zhèn)土地集約利用評(píng)價(jià)大多采用各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的人工統(tǒng)計(jì)方法，不僅需要大量的人力物力，而且評(píng)價(jià)周期長(zhǎng)，易受人為因素干擾。因此，其評(píng)價(jià)結(jié)果的現(xiàn)勢(shì)性和準(zhǔn)確性值得懷疑。

當(dāng)前遙感技術(shù)的迅猛發(fā)展，為土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作帶來(lái)了新思路。遙感影像在時(shí)效性、現(xiàn)勢(shì)性和直觀(guān)性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，特別是近年來(lái)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)展迅猛，其機(jī)動(dòng)靈活、快速獲取并處理高分辨率遙感影像的能力越來(lái)越得到社會(huì)各界肯定。如何利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)用于土地集約利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)，使評(píng)價(jià)結(jié)論更加客觀(guān)可靠，及時(shí)滿(mǎn)足政府部門(mén)土地規(guī)劃和宏觀(guān)決策需要，已成為相關(guān)技術(shù)部門(mén)研究的重要課題。

二、應(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)以航空攝影測(cè)量理論為基礎(chǔ)。航空攝影測(cè)量是在飛機(jī)平臺(tái)上，利用航攝照相機(jī)對(duì)地面按規(guī)定的航高和設(shè)計(jì)方向呈直線(xiàn)攝取像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)測(cè)量和像片調(diào)繪，通過(guò)航空攝影測(cè)量方法進(jìn)行影像匹配、空三解析等手段生成數(shù)字正射影像圖(DOM)和數(shù)字高程模型(DEM)，同時(shí)，可加工生成數(shù)字線(xiàn)劃圖(DLG)。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)作為飛行平臺(tái)的一種，繼承了傳統(tǒng)航空攝影測(cè)量的理論和方法，將非標(biāo)準(zhǔn)傳感器數(shù)據(jù)變換成透視圖像，并用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行處理，具有數(shù)據(jù)獲取和處理的能力。它綜合利用了先進(jìn)的無(wú)人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙控程控技術(shù)、通信技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)，是繼衛(wèi)星遙感和普通航空攝影測(cè)量技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的一種新型航空遙感技術(shù)手段。

三、技術(shù)思路及方法

1.技術(shù)思路

筆者立足于試驗(yàn)區(qū)實(shí)際情況，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外城鎮(zhèn)土地集約利用研究成果，在調(diào)查、分析和研究試驗(yàn)區(qū)土地集約利用情況的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用理論分析和實(shí)證研究相結(jié)合的手段，建立試驗(yàn)區(qū)城鎮(zhèn)土地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。然后對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行無(wú)人機(jī)航拍，對(duì)影像進(jìn)行處理，在MapGIS平臺(tái)上對(duì)獲取的無(wú)人機(jī)正射影像進(jìn)行解譯，得到相關(guān)的指標(biāo)值。最后結(jié)合相關(guān)資料，綜合分析與評(píng)價(jià)試驗(yàn)區(qū)土地集約利用的限制條件、利用程度與土地利用發(fā)展趨勢(shì)，得到評(píng)價(jià)結(jié)果，并分析土地利用現(xiàn)狀特點(diǎn)的成因。

2.研究方法

①實(shí)地調(diào)研，收集文獻(xiàn)資料、基礎(chǔ)資料和相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行評(píng)價(jià)區(qū)域分析。② 采用定性與定量研究、橫向比較與綜合分析相結(jié)合的方法，運(yùn)用多學(xué)科融合的分析手段，探討實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)土地集約化利用模式，提出集約化綜合評(píng)價(jià)的目標(biāo)、原則及內(nèi)容，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。③ 在既定的城市土地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系下，對(duì)利用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)獲取的試驗(yàn)區(qū)影像解譯，結(jié)合基礎(chǔ)資料、數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià)，剖析城鎮(zhèn)土地集約利用現(xiàn)狀的原因。

四、技術(shù)實(shí)施過(guò)程

1.無(wú)人機(jī)遙感影像獲取

明確任務(wù)目標(biāo)，做好前期工作準(zhǔn)備，包括收集地形圖等基礎(chǔ)資料，確定成圖比例尺和飛行日期，設(shè)計(jì)航線(xiàn)等。進(jìn)行實(shí)地踏勘、現(xiàn)場(chǎng)航飛作業(yè)、影像檢查、飛行總結(jié)，獲取航拍原始影像。

1)航攝準(zhǔn)備。根據(jù)成圖比例尺和試驗(yàn)區(qū)地理特點(diǎn)，參考航高、相機(jī)焦距等相關(guān)參數(shù)，制訂合理飛行方案。本次試驗(yàn)飛行絕對(duì)航高1 000 m，航線(xiàn)6條，方向西北至東南;航攝儀采用佳能400D，焦距24 mm，UV濾光鏡，光圈自動(dòng)曝光間隔3 s;航向重疊85%，旁向重疊55%。

2)航攝作業(yè)。航飛安排兩架次，按設(shè)計(jì)航線(xiàn)飛行，有效相片總數(shù)636張。根據(jù)POS數(shù)據(jù)，攝區(qū)內(nèi)最大最小航高差29.49 m，小于設(shè)計(jì)航高的5%。各像片類(lèi)標(biāo)志齊全，飛行質(zhì)量符合要求，影像分辨率高(達(dá)0.1 m)、色調(diào)柔和、層次豐富，滿(mǎn)足航內(nèi)作業(yè)要求。

2.外業(yè)控制測(cè)量

根據(jù)像片控制點(diǎn)布設(shè)原則，把影像控制點(diǎn)全部布設(shè)成平高點(diǎn)，高程點(diǎn)視精度檢測(cè)需要布設(shè)。采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)方案，根據(jù)1∶2 000加密成圖比例尺的要求間隔一定基線(xiàn)布設(shè)控制點(diǎn)，沿周邊布設(shè)6個(gè)或8個(gè)平高點(diǎn)，航線(xiàn)方向間隔4～6條基線(xiàn)。根據(jù)《無(wú)人駕駛飛機(jī)攝影測(cè)量項(xiàng)目1∶2 000數(shù)字測(cè)圖外業(yè)技術(shù)實(shí)施方案》要求，組織外業(yè)人員進(jìn)行RTK控制點(diǎn)測(cè)量，建立兩次基準(zhǔn)站，選取城鎮(zhèn)內(nèi)均勻分布的4個(gè)一級(jí)點(diǎn)為基礎(chǔ)控制點(diǎn)，選取相對(duì)均勻的9個(gè)平高點(diǎn)作為像控點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，解算出像控點(diǎn)坐標(biāo)。

3.內(nèi)業(yè)處理

1)正射影像生成。在航天遠(yuǎn)景軟件支持下對(duì)航拍影像進(jìn)行空三解析，利用控制點(diǎn)做絕對(duì)定向，生成數(shù)字高程模型，生成正射影像圖。

2)遙感影像解譯。各種城鎮(zhèn)土地利用類(lèi)型表現(xiàn)出的影像色調(diào)(灰度值)、圖形結(jié)構(gòu)與紋理特征不同，清晰可辨，有利于分析判讀。

3)正射影像圖矢量化。結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，通過(guò)目視判讀解譯法，在MapGIS6.7平臺(tái)上對(duì)正射影像進(jìn)行解譯，得到試驗(yàn)區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖，進(jìn)而得到以下10項(xiàng)土地利用類(lèi)型指標(biāo)值，為分指數(shù)指標(biāo)實(shí)際值的確定提供基礎(chǔ)，如表1所示。

表1 土地利用類(lèi)型指標(biāo)解譯后的統(tǒng)計(jì)值

4.試驗(yàn)區(qū)土地集約利用評(píng)價(jià)分析探討

1)評(píng)價(jià)實(shí)際值的確定方法。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)土地集約利用影響因素的綜合性和全面性特點(diǎn)，建立由1個(gè)目標(biāo)層、4個(gè)指數(shù)指標(biāo)和12個(gè)分指數(shù)指標(biāo)構(gòu)成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，見(jiàn)表2。

表2 分指數(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值統(tǒng)計(jì)表

2)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定。以特爾菲法確定權(quán)重。

3)指標(biāo)合理值的確定。指標(biāo)合理值的選取標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)國(guó)家有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及政策確定，如“人均城鎮(zhèn)用地”、“土地利用率”、“生產(chǎn)/生活用地比”等;部分沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的則采用相關(guān)的均值代替，如“容積率”、“單位面積固定資產(chǎn)投入”、“地均財(cái)政支出”、“地均GDP”等。

4)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)確定的實(shí)際值和合理值，將土地集約利用度評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，基本公式為

式中，Si是i項(xiàng)指標(biāo)分值;ti是i項(xiàng)指標(biāo)集約利用合理值;ai是i因子指標(biāo)實(shí)際值。

5)土地集約利用綜合指數(shù)值測(cè)算。根據(jù)土地集約利用度總體評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值，計(jì)算城鎮(zhèn)土地集約利用綜合指數(shù)值λ，基本公式為

式中，βi是第i因子指標(biāo)權(quán)重，所有指標(biāo)的權(quán)重值和為100;Si為對(duì)應(yīng)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值。綜合指數(shù)λ表示整個(gè)城鎮(zhèn)土地利用狀況接近合理的集約化利用程度，λ越大，表明實(shí)際相關(guān)指標(biāo)距離標(biāo)準(zhǔn)值越遠(yuǎn)，土地利用越不集約。

6)試驗(yàn)區(qū)土地利用集約度分析。在計(jì)算各評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)層的基礎(chǔ)上，得出試驗(yàn)區(qū)土地集約利用評(píng)價(jià)的集約度綜合指數(shù)為40.8%，屬于“一般集約”，集約潛力較大。就具體指標(biāo)而言，土地利用程度高，容積率較高，基礎(chǔ)設(shè)施比較完備，社會(huì)生態(tài)效益較好。但是土地的經(jīng)濟(jì)投入不足，土地利用的經(jīng)濟(jì)效益處于中等水平，城鎮(zhèn)內(nèi)部還有少量閑置地或未完全利用土地以及需要深度開(kāi)發(fā)的土地，城鎮(zhèn)土地集約利用還有一定潛力可挖。

五、結(jié)束語(yǔ)

城鎮(zhèn)土地是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的載體和基礎(chǔ)，為了更好地指導(dǎo)城鎮(zhèn)發(fā)展，要求不斷加強(qiáng)城鎮(zhèn)土地集約利用研究。筆者以試驗(yàn)區(qū)為對(duì)象，以集約用地理論為指導(dǎo)，運(yùn)用無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)，獲取高分辨率正射影像數(shù)據(jù)，結(jié)合地理信息技術(shù)、測(cè)量技術(shù)，通過(guò)影像的解譯和快速處理，獲取研究區(qū)的集約用地評(píng)價(jià)相關(guān)指標(biāo)值，然后采用理論與實(shí)際、定性與定量、橫向比較與綜合分析相結(jié)合的方法，探討了在無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)支持下的城鎮(zhèn)土地集約利用評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，證明該技術(shù)在城鎮(zhèn)土地集約利用評(píng)價(jià)中的可行性和實(shí)用性。

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Application of UAV RS to Monitoring and Evaluating of Intensive Land-use

LEI Shuangyou，YIN Xianghong，LI Xuanyu

0494-0911(2011)07-0034-03

P237

B

2011-03-31

雷雙友(1972—)，男，貴州銅仁人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闊o(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)應(yīng)用、土地管理與利用等。