無人機(jī)攝影測量技術(shù)在國土資源管理中的應(yīng)用

陳會明

摘 要：國土資源管理對于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的作用。該文介紹了無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)的組成和優(yōu)勢，闡述了無人機(jī)航測技術(shù)在國土資源領(lǐng)域的應(yīng)用，以期推進(jìn)無人機(jī)技術(shù)在國土資源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，降低國土資源管理成本，提高國土資源管理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)技術(shù);攝影測量技術(shù);國土資源管理

中圖分類號 P231文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2021）02-0113-02

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和測繪科技的不斷進(jìn)步，我國國土資源的管理水平逐步提高，土地資源管理精細(xì)化、網(wǎng)格化、信息化程度越來越高，對土地信息數(shù)據(jù)的采集和更新頻率的要求也不斷提高。常規(guī)的實(shí)地測量方法不僅成本高，而且作業(yè)效率低、項(xiàng)目周期長，無法及時(shí)更新土地信息，已無法滿足快速獲取信息的要求。基于低空無人機(jī)平臺的航空攝影能較大范圍、長續(xù)航時(shí)間、客觀重復(fù)地獲取地表信息，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得高地面分辨率的影像，在室內(nèi)快速提取國土資源的位置信息和屬性信息，是對傳統(tǒng)勘測方式的一種創(chuàng)新。

1 無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)組成及優(yōu)勢

1.1 組成 無人機(jī)攝影測量系統(tǒng)主要由3個部分組成，即飛行系統(tǒng)、任務(wù)荷載系統(tǒng)及地面控制站。它集成了多種先進(jìn)技術(shù)，具體包括飛行器技術(shù)、遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)、信息通信技術(shù)、POS定位技術(shù)、無人機(jī)圖像處理技術(shù)，能夠自動化、智能化獲取國土資源信息和地表環(huán)境等空間遙感信息，實(shí)時(shí)處理、建模與分析，為國土資源的創(chuàng)新管理帶來突破性進(jìn)展。

無人機(jī)航測系統(tǒng)具有先進(jìn)的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有較長的續(xù)航時(shí)間，國土資源管理人員只需要在無人機(jī)操控界面對無人機(jī)飛行的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在固定的場地就可以起飛，完成對國土資源的實(shí)時(shí)、自動采集。外業(yè)飛行完畢后，在現(xiàn)場即可完成數(shù)據(jù)的快拼，檢查飛行的影像數(shù)據(jù)是否符合國土資源管理的需要，做到一次飛行即可滿足國土資源的應(yīng)用需求，進(jìn)而促進(jìn)國土資源管理工作的快速發(fā)展。無人機(jī)航測的精度直接關(guān)系到國土資源數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因此要求無人機(jī)體積小、質(zhì)量輕、具有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，能夠適應(yīng)各種環(huán)境下的國土資源勘察和測繪任務(wù)。

1.2 優(yōu)勢 無人機(jī)航測自問世以來，在測繪領(lǐng)域展現(xiàn)出無可比擬的優(yōu)勢：無人機(jī)應(yīng)用機(jī)動靈活，可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)起飛準(zhǔn)備、航線規(guī)劃，對場地和起飛環(huán)境的要求較低，能在第一時(shí)間獲取地表的影像數(shù)據(jù);無人機(jī)操控簡單，自動化程度高，只需對操控人員做短期的培訓(xùn)即可上手飛行;無人機(jī)軟件和硬件購置成本低，1套無人機(jī)系統(tǒng)的采購成本普通家庭基本都能承受。無人機(jī)在獲取高分辨率影像時(shí)，基本上可以做到全天時(shí)、全天候、實(shí)時(shí)化，正逐步成為衛(wèi)星遙感、航空攝影測量和地面測繪技術(shù)的有效補(bǔ)充手段。

2 無人機(jī)數(shù)據(jù)的獲取與處理

2.1 無人機(jī)航測外業(yè)

2.1.1 準(zhǔn)備工作 無人機(jī)攝影測量影像獲取的準(zhǔn)備工作包括測區(qū)有關(guān)資料的收集，必要時(shí)進(jìn)行踏勘，同時(shí)考慮周圍是否有機(jī)場、軍事管理區(qū)域;根據(jù)需要對獲取的影像資料進(jìn)行必要的計(jì)算，進(jìn)而進(jìn)行航線規(guī)劃，上傳航線規(guī)劃結(jié)果，檢查無誤后確定是否按計(jì)劃飛行。

2.1.2 航線規(guī)劃 無人機(jī)航線規(guī)劃主要依據(jù)獲取的航空影像地面分辨率和相機(jī)基本參數(shù)，由此確定無人機(jī)相對地表飛行的高度，根據(jù)地表的起伏程度確定合適的航向重疊度和旁向重疊度。對于大范圍的地形數(shù)據(jù)獲取，可以采用固定翼長航時(shí)無人機(jī)，如武漢縱橫天地公司的SKYLAND系列無人機(jī)即可滿足要求。若作業(yè)范圍較小，可以考慮大疆M600經(jīng)緯系列無人機(jī)，其作業(yè)效率和成圖精度均能滿足要求。

2.1.3 像片控制測量 根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的技術(shù)要求進(jìn)行像片控制點(diǎn)的布設(shè)和測量工作。像片控制點(diǎn)的布設(shè)一般采用區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)的方案，像片控制點(diǎn)的分布和數(shù)量根據(jù)測區(qū)范圍和地形條件來綜合確定。對于地面像片控制點(diǎn)，主要采用GPS RTK方式獲取該點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。在平面點(diǎn)位目標(biāo)方面，盡可能選擇影像中目標(biāo)細(xì)小且非常清晰的地物角點(diǎn)或拐點(diǎn)上，高程點(diǎn)一般選在起伏不大的地方，特殊地區(qū)可考慮采用人工布設(shè)地面標(biāo)志。

2.2 無人機(jī)航測內(nèi)業(yè) 無人機(jī)航測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)大多利用Context Capture軟件進(jìn)行處理。首先將影像數(shù)據(jù)和POS數(shù)據(jù)一次性導(dǎo)入，對影像進(jìn)行初始化設(shè)置，由軟件自動完成空中三角測量工作，當(dāng)該工序合格后再導(dǎo)入地面像片控制點(diǎn)，重新進(jìn)行空中三角測量工作，直到有約束的空三合格后方可進(jìn)行地面三維重建工作，重建之前可以設(shè)定輸出數(shù)字正射影像圖、數(shù)字表面模型及實(shí)景三維模型等數(shù)據(jù)，便于后期利用重建后的數(shù)據(jù)及模型進(jìn)行國土資源數(shù)據(jù)采集工作。

3 無人機(jī)攝影測量技術(shù)在國土資源管理中的應(yīng)用

3.1 土地利用調(diào)查 國土資源調(diào)查中一項(xiàng)非常重要的工作就是對土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查的底圖多數(shù)為高分辨率遙感影像，相較于傳統(tǒng)的實(shí)地測繪工作，效率大幅度提升。但由于早期的高分辨率影像供應(yīng)商大多是國外公司，因此影像來源受到一定的限制。隨著國家經(jīng)濟(jì)改革步伐的逐步加快以及新時(shí)期對房地產(chǎn)市場的進(jìn)一步調(diào)整，國家要求合理確定土地的市場供應(yīng)比例，因此對土地資源管理要求更嚴(yán)格和精細(xì)化，尤其是土地利用的變更調(diào)查、征地拆遷、土地性質(zhì)登記等，需要大比例尺的土地利用現(xiàn)狀圖。無人機(jī)在超低空獲取高分辨率遙感影像方面具有非常明顯的優(yōu)勢，利用無人機(jī)遙感影像可以快速獲取地表數(shù)據(jù)，并且可以在較短時(shí)間內(nèi)完成1∶500的土地利用現(xiàn)狀圖的制作。該數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的針對性，時(shí)效性強(qiáng)，特別適合小區(qū)域、短周期的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查。

3.2 土地利用動態(tài)監(jiān)測 我國是人口大國，土地資源是稀缺資源，必須在保證糧食安全的前提下合理進(jìn)行土地流轉(zhuǎn)和開發(fā)利用。因此，國土資源管理人員必須在國家土地開發(fā)政策的框架下合理規(guī)劃土地利用，盡可能形成符合國家政策的土地配置機(jī)制，提高我國土地資源的利用率。利用無人機(jī)攝影測量技術(shù)可以大大降低土地資源監(jiān)測工作的復(fù)雜度。國土資源管理人員可以利用無人機(jī)獲取管理區(qū)域的高分辨率影像，對土地利用情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，重點(diǎn)對土地利用變更較快、特別是工業(yè)園區(qū)的變化進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，根據(jù)這些地區(qū)的土地資源利用情況進(jìn)行土地?cái)?shù)據(jù)分析，可以全面了解土地資源的利用情況，摸清土地資源家底，從而為國家土地政策調(diào)整提供有力的信息支持。

3.3 土地利用規(guī)劃與整治 土地規(guī)劃和土地整治是國土資源管理中非常重要的工作。項(xiàng)目開展之前，需要收集該區(qū)域的相關(guān)土地基礎(chǔ)地理信息，根據(jù)需要在土地資源信息系統(tǒng)中進(jìn)行一系列的設(shè)計(jì)工作，為中期土地實(shí)施整治提供重要的規(guī)劃信息。在工程竣工完成時(shí)，可以根據(jù)無人機(jī)獲取的實(shí)景三維模型了解區(qū)域整體情況，直觀查看各種用地規(guī)劃與整治情況，從而為項(xiàng)目驗(yàn)收提供客觀依據(jù)。利用無人機(jī)實(shí)景三維模型能夠非常方便地對土地坡度和土石方進(jìn)行計(jì)量，為國土資源的定量化和精細(xì)化管理提供依據(jù)。

3.4 土地執(zhí)法與監(jiān)察 利用衛(wèi)星遙感影像成果進(jìn)行國土資源的土地執(zhí)法和督導(dǎo)工作，已經(jīng)成為自然資源調(diào)查的重要組成部分。該項(xiàng)業(yè)務(wù)已進(jìn)入常規(guī)運(yùn)行階段，國土資源部門每年都要開展“全國土地變更調(diào)查與遙感監(jiān)測工作”。該項(xiàng)工作周期較長，時(shí)間相對固定，在管理上存在一定的缺陷，監(jiān)測過程容易被“鉆空子”。例如，有的單位為了拓展業(yè)務(wù)，違規(guī)使用土地，執(zhí)法人員到現(xiàn)場就停工，執(zhí)法人員撤離現(xiàn)場又開工，當(dāng)工程進(jìn)行到一定程度后便成為無法更改的事實(shí)，難以整改，倒逼國土資源管理部門接受現(xiàn)實(shí)。因此，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行土地執(zhí)法和監(jiān)測存在無法早發(fā)現(xiàn)、早制止、早處理的缺點(diǎn)。而無人機(jī)攝影技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、機(jī)動靈活、精確度高的特點(diǎn)，可以為執(zhí)法部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)違法用地提供及時(shí)的技術(shù)支撐。

3.5 土地確權(quán) 農(nóng)村土地確權(quán)工作主要針對土地的權(quán)屬、界址分布和地塊面積進(jìn)行調(diào)查。利用超低空無人機(jī)航測可以獲取地表影像數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得大比例尺地形圖和高精度三維模型。無人機(jī)航測具有成本低、自動化程度高、作業(yè)方便靈活等特點(diǎn)，在農(nóng)村土地確權(quán)發(fā)證工作中被廣泛予以采用。

3.6 不動產(chǎn)登記 隨著自然資源管理的逐步規(guī)范化，國家土地資源管理部門也意識到不動產(chǎn)登記的重要性，在各大城市中廣泛開展了不動產(chǎn)登記工作，確立了城市不動產(chǎn)登記制度，提高了土地資源管理的質(zhì)量和效率，實(shí)現(xiàn)了土地資源管理的規(guī)范化。

4 結(jié)語

無人機(jī)航測以其獨(dú)特的優(yōu)勢在國土資源管理中得到了廣泛的應(yīng)用，并保持穩(wěn)定增長。隨著我國不動產(chǎn)制度的逐步完善，三維模型數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用將得到極大重視。我國國土資源將全面實(shí)現(xiàn)三維化和精細(xì)化管理，無人機(jī)航測技術(shù)將在土地資源管理方面發(fā)揮更加重要的作用。

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（責(zé)編：徐世紅）