榆林市第三次全國國土調(diào)查無人機舉證飛控平臺

張 青 賀楓斐 ＊ 郭小雨

（1.榆林市自然資源和規(guī)劃局，陜西 榆林 719000；2.內(nèi)蒙古大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

加強“第三次全國國土調(diào)查”質(zhì)量管理、保證調(diào)查數(shù)據(jù)成果真實性，是保障各級政府科學(xué)決策和人民群眾切身利益的實踐舉措，也是貫徹落實新發(fā)展理念、保證國家安全和經(jīng)濟社會平穩(wěn)健康發(fā)展的必然要求[1]。第三次全國國土調(diào)查工作時間緊任務(wù)重，作為三調(diào)重要環(huán)節(jié)外業(yè)核查舉證工作對于地形地貌復(fù)雜的榆林地區(qū)更是難點、重點工作，如何提高外業(yè)核查舉證工作效率顯得尤為重要。

1 舉證現(xiàn)狀及難點

1.1 傳統(tǒng)舉證現(xiàn)狀

榆林市地處北緯 36°57′～39°35′，東經(jīng) 107°28′～111°15′，地域東西長 385 公里，南北寬 263 公里，國土總面積4.3 萬平方公里。地貌大體以長城為界，北部為毛烏素沙漠南緣風(fēng)沙草灘區(qū)，南部為黃土高原的腹地，溝壑縱橫，丘陵峁梁交錯。 地勢由西部向東傾斜，境內(nèi)海拔為1000～1900 米。第三次全國土地調(diào)查圖斑部分需要進行實地核查舉證，榆林市地域廣闊，圖斑總數(shù)較大，加之地形地貌復(fù)雜，影像質(zhì)量不及平原地區(qū)，導(dǎo)致外業(yè)核查舉證圖斑數(shù)較其他地區(qū)更大。

舉證核查工作時間緊、任務(wù)重、要求高。 榆林市全市三調(diào)圖斑數(shù)總計251.57 萬個，全市需舉證圖斑數(shù)共計有77.61 萬，占比超過30%，平均每一個縣級區(qū)域需舉證的圖斑數(shù)量超過6 萬多個，前期主要通過手機端進行外業(yè)核查舉證。 以神木市為例，一天一組外業(yè)核查舉證人員平均完成27 個圖斑手機端舉證，手機核查舉證外業(yè)派出40 個組，核查舉證11.2 萬三調(diào)圖斑至少需104 天，加之天氣原因等特殊狀況，需4 個月之久，按照全國三調(diào)的時效要求遠不能完成工作任務(wù)。

1.2 傳統(tǒng)舉證難點

第三次全國國土調(diào)查圖斑除數(shù)量多外，還具有范圍廣、面積小的特點。 給外業(yè)核查舉證工作帶來諸多困難。

（1）地形因素限制。 榆林地形地貌復(fù)雜，山區(qū)交通不便利，手機端外業(yè)核查人員難以到達舉證現(xiàn)場，即使抵達現(xiàn)場后，還可能遇到圍墻阻擋、人為遮擋等困難，甚至存在人身安全威脅，手機端核查很難實現(xiàn)實地拍照舉證。

（2）手機端限制。 榆林市部分區(qū)域受下發(fā)影像質(zhì)量所限，存在同譜異物，該類圖斑面積較大但地類多樣，手機端核查很難拍到完整圖斑，無法進行圖斑細化工作。 對于圖斑地類單一，如大范圍耕、園、林、草地、典型線物分類型舉證等，手機端核查很難拍到完整圖斑。

（3）人力、物力資金限制。手機端核查舉證方式需要一組外業(yè)核查人員開車前往實地一個圖斑一個圖斑地拍照舉證，單是前往現(xiàn)場耗費大量人力、物力，如果在山區(qū)將更加困難。 圖斑地處山高路遙，奔赴現(xiàn)場手機端拍攝核查舉證傳統(tǒng)調(diào)查方法存在高成本、低效率的弊端，無法適用于當(dāng)前第三次全國土地調(diào)查的工作要求。

2 無人機舉證飛控終端實現(xiàn)

三調(diào)工作時間緊、任務(wù)重，如何通過技術(shù)創(chuàng)新提高調(diào)查效率成為三調(diào)亟待解決的問題。針對三調(diào)圖斑具有范圍小、分布廣的特點，通過對比分析研究，大疆無人機“御”Mavic 2 系列，具有智能避障、外形輕小、靈活輕巧、攜帶方便、操作簡單、安全穩(wěn)定等優(yōu)勢，若作為三調(diào)外業(yè)核查利器，性價比極高。 基于大疆SDK開發(fā)第三次全國國土調(diào)查無人機舉證飛控平臺，是完成無人機地面起飛、空中飛行并執(zhí)行任務(wù)、返回目的地整個飛行過程的核心。

2.1 SHP 數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能

第三次全國國土調(diào)查空間數(shù)據(jù)為SHP 格式，實現(xiàn)SHP 格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入是飛控平臺首要任務(wù)。 通過內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)換將三調(diào)圖斑轉(zhuǎn)換為無人機識別的圖形，在基于高德地圖開放平臺和谷歌瓦片圖上接入SHP 格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入接口，采用高清衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為飛控底圖，在野外可準(zhǔn)確查找定位圖斑，并且能夠?qū)虞d圖斑進行一系列操作。

2.2 自動規(guī)劃航線

根據(jù)無人機的巡航速度、續(xù)航時間、可控距離等性能參數(shù)，以及傳感器避障功能、舉證地區(qū)的地形特征等，結(jié)合外業(yè)核查舉證圖斑的空間分布和圖斑大小劃分拍攝任務(wù)并合理布局無人機單架次的飛行航線，主要采用沿著舉證圖斑的幾何中心線飛行、沿著舉證圖斑外接矩形長軸直線飛行兩種方式[2]進行航線規(guī)劃，盡量減少無人機往返飛行，以保證無人機的飛行安全。 外業(yè)核查工作人員選擇需要核查舉證的圖斑后，支持一鍵生成執(zhí)行任務(wù)默認(rèn)的航線。 飛行高度設(shè)計按照使用相機參數(shù)與地面分辨率要求進行。

2.3 失聯(lián)后自動飛行

榆林市受地形因素的影響，無人機在起飛后可能會立即失去信號，按照傳統(tǒng)無人機飛控，失聯(lián)后無人機將自動返回。 如在無信號控制范圍內(nèi)，無人機無法完成三調(diào)舉證任務(wù)，舉證效率極差。 無人機舉證飛控平臺使無人機可在與遙控器失去信號聯(lián)系后按照原定任務(wù)執(zhí)行三調(diào)圖斑的舉證工作，任務(wù)完成后，可選擇返回原地或另行區(qū)域自動降落。

2.4 實地舉證拍照

實地舉證拍照是國土調(diào)查成果進行內(nèi)業(yè)判讀的重要依據(jù)，數(shù)碼相機控制系統(tǒng)由軟硬件組成，其主要功能要求如下： 具備自動控制與管理數(shù)碼相機的能力；記錄數(shù)碼相機曝光時刻照片的經(jīng)度、緯度、高度、橫滾角、俯仰角、航向角等數(shù)據(jù)。無人機到達舉證圖斑后需對舉證照片拍攝正拍照片和斜拍照片至少各一張。 外業(yè)核查工作人員也可以自由添加和刪除拍攝點，并且調(diào)整每個點的細節(jié)參數(shù)。

根據(jù)無人機相機拍攝的焦距、水平及垂直角度等參數(shù)，以及位置和航高，計算舉證照片四至范圍和地理坐標(biāo)，用于全國第三次國土調(diào)查舉證成果應(yīng)用。

在任務(wù)執(zhí)行完成之后，當(dāng)次任務(wù)完整地在飛控平臺地圖上復(fù)現(xiàn)出來，并且可以查看每個圖斑拍攝的圖片，對拍攝舉證過的圖斑，飛控終端進行自動標(biāo)記。

2.5 自動生成舉證數(shù)據(jù)包

無人機執(zhí)行任務(wù)過程中，飛控平臺記錄了飛控參數(shù)。完成舉證返航后保證無人機舉證飛控平臺正常連接無人機，通過大疆a(chǎn)pi 獲取拍攝圖片，然后根據(jù)無人機舉證飛控平臺對飛行任務(wù)的緩存數(shù)據(jù)（照片信息包括舉證照片路徑、舉證照片編號，舉證照片拍攝范圍，拍攝點位置、拍攝時間、拍攝方向與角度等信息；無人機飛行信息包括無人機的飛行位置、高度、方向等飛行軌跡信息）生成對應(yīng)的數(shù)據(jù)，迅速生成符合三調(diào)要求的舉證DB 文件，并通過校驗碼防止圖片在傳輸和導(dǎo)入過程中人為造假。最后通過標(biāo)準(zhǔn)接口輕松上傳至國土調(diào)查舉證及核查平臺。

2.6 安全措施

無人機舉證飛控平臺設(shè)計在飛機執(zhí)行任務(wù)的過程中實時記錄飛機的位置，丟失信號后可通過該功能查到飛機丟失失信號位置。 為保障無人機的安全，無人機舉證飛控終端的同時設(shè)置了低電量返航功能，以確保無人機在低電量的情況下順利返航。

3 實現(xiàn)效果

3.1 手機舉證無人機舉證對比

實地調(diào)查每塊圖斑的地類、范圍等利用狀況，外業(yè)核查舉證是第三次全國國土調(diào)查工作的重要部分，也是保障國土調(diào)查成果真實準(zhǔn)確的重要過程。通過對比手機端核查一天一組平均舉證圖斑30 個，而無人機飛控平臺核查一天一組平均舉證圖斑150 個，遠高于手機端舉證。 當(dāng)前榆陽區(qū)借助無人機完成了31708個圖斑的舉證任務(wù)，其中大量舉證圖斑因山高路遙、人力難以到達而應(yīng)舉未舉。無人機核查舉證一體化解決方案，改變了傳統(tǒng)低效、繁重的外業(yè)核查舉證工作，大大節(jié)省了勞動成本，為高時效、高質(zhì)量地完成第三次全國國土調(diào)查工作打下了扎實的基礎(chǔ)。

3.2 無人機舉證優(yōu)點

基于無人機舉證飛控平臺核查舉證方案，具有低成本、高效率的特點，可作為傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)查及舉證的補充，是新技術(shù)應(yīng)用的典范。

（1）效率提升顯著。 無人機舉證不受地形及地面交通影響，可從空中抵達人力難以到達的區(qū)域，對于位置偏遠、地處險峻、被人為阻隔的圖斑區(qū)域具有獨特的舉證優(yōu)勢。 大疆“御”Mavic 2 系列無人機小巧便攜，單人攜帶執(zhí)行任務(wù)同樣無壓力，并且大大降低了舉證成本。

（2）三調(diào)圖斑補充細化調(diào)繪。 對于面積較大但占多個地類圖斑，根據(jù)無人機核舉證照片，通過分析初次確定不一致圖斑的地類、范圍，進行三調(diào)圖斑細化調(diào)繪工作。

（3）范圍廣地類單一圖斑的外業(yè)核查舉證。 影像判讀，圖斑地類單一，如大范圍耕、園、林、草地等均可利用無人機進行外業(yè)調(diào)查舉證工作，響應(yīng)國家“外業(yè)跑一次”的號召。

（4）一組照片舉證多個圖斑。 圖斑分布相對密集的地區(qū)，無人機舉證一個架次就可完成10 個左右圖斑的拍照舉證任務(wù)，整個過程僅需20 分鐘，是人工手機端舉證所不能及的。

（5）保證數(shù)據(jù)真實性。 數(shù)據(jù)的真實性是國土調(diào)查的生命線。 舉證時，至少有1 張正拍照片與1 張斜拍照片。 無人機可以調(diào)整靈活飛行角度和路線，彌補了在地面調(diào)查視角不佳、拍攝不全的缺點，同時能從不同角度反映周邊環(huán)境，準(zhǔn)確反映土地利用現(xiàn)狀。 無人機還可將高精度的經(jīng)緯度坐標(biāo)寫入圖像中，有效驗證數(shù)據(jù)真實性。

4 經(jīng)驗推廣

無人機技術(shù)可廣泛用于自然資源管理領(lǐng)，大大提高部門行政效率，如地災(zāi)監(jiān)測、土地執(zhí)法、土地利用變化調(diào)查監(jiān)測和地籍調(diào)查等方面。無人機的測繪數(shù)據(jù)可以為地質(zhì)災(zāi)害的排查提供數(shù)據(jù)支持；煤礦火燒區(qū)等人員無法到達區(qū)域，可通過無人機進行監(jiān)測。