無人機(jī)遙感技術(shù)在土地管理中的應(yīng)用進(jìn)展

趙占營 ZHAO Zhan-ying；陳靜 CHEN Jing

（航天宏圖信息技術(shù)股份有限公司，北京100089）

0 引言

利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)多種空間遙感的信息，如遙感傳感器技術(shù)、無人駕駛飛行器技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、智能信息技術(shù)等。測繪技術(shù)是工程建設(shè)和地質(zhì)勘察活動(dòng)當(dāng)中的重要組成部分，測繪工程的測量工作直接影響到項(xiàng)目活動(dòng)的開展。傳統(tǒng)測繪工作主要是人工測繪方式組成，工作效率低甚至經(jīng)常出現(xiàn)問題，加上項(xiàng)目工程實(shí)際作業(yè)情況不可控，很難取得完整的測量結(jié)果。在實(shí)際測量過程中還會(huì)因?yàn)槿藶橐蛩赜绊懙綄?shí)際測量活動(dòng)的開展。因此為提升測繪工作的質(zhì)量，需引進(jìn)無人機(jī)遙感技術(shù)來提升整體質(zhì)量，凸顯出無人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 靈活性

無人機(jī)與航拍機(jī)相機(jī)相比體積更小更靈活，而且升降時(shí)間短。無人機(jī)的升降對場地要求很小，但是這并不影響無人機(jī)的操作運(yùn)行。無人機(jī)操作簡單運(yùn)行效率高，在現(xiàn)代科技快速發(fā)展的背景下科學(xué)技術(shù)取得了越來越大的成就，遙感技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，讓購買無人機(jī)的人逐漸增多，無人機(jī)迎來更大市場。無人機(jī)和航拍機(jī)相比飛行高度更高，測繪作業(yè)的持續(xù)性、作業(yè)效率也更高，因此受到了廣大消費(fèi)者的青睞。當(dāng)人們出行作業(yè)的時(shí)候，因?yàn)闊o人機(jī)體積小質(zhì)量輕，很容易將其攜帶出門，不需要設(shè)置專門的起飛、降落場所就可以實(shí)現(xiàn)，甚至無特殊工作要求，能快速完成測繪的標(biāo)準(zhǔn)，使用更加方便，從而滿足測繪工作的實(shí)際要求。

1.2 信息處理效率高

總之，利用無人機(jī)遙感技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)便是監(jiān)測效率高。傳統(tǒng)監(jiān)測模式依靠人力與機(jī)器，在面對大范圍監(jiān)測面積及復(fù)雜地理情況時(shí)，難以準(zhǔn)確、高效地測量出地理信息。像在進(jìn)行城市規(guī)劃建筑利用無人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)，如果發(fā)生某些不可控的風(fēng)險(xiǎn)及意外事故，利用無人機(jī)技術(shù)能夠很好地規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，減少工作時(shí)間，有效解決突發(fā)性事故，從而減少不必要的人力、物力、財(cái)力的損失。同時(shí)，利用無人機(jī)遙感技術(shù)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)對地球表面進(jìn)行有效觀測，對工作效率的提高以及工作準(zhǔn)確度的提升有重要意義，其主要體現(xiàn)在城市規(guī)劃建設(shè)、土地利用調(diào)查等方面。

1.3 監(jiān)測范圍廣

無人機(jī)遙感技術(shù)最大的吸引人注意的點(diǎn)在于它能夠進(jìn)入那些環(huán)境復(fù)雜惡劣、人工監(jiān)測難度極高以及人類還沒有能力進(jìn)入的范圍進(jìn)行監(jiān)測，而且監(jiān)測結(jié)果往往精確度很高，甚至遠(yuǎn)超人工監(jiān)測，這對于測繪工程來說是一項(xiàng)具有重大實(shí)踐價(jià)值的技術(shù)突破。另外，無人機(jī)遙感技術(shù)還在不斷創(chuàng)造奇跡，又完美結(jié)合了三維技術(shù)，這一進(jìn)步做法直接促進(jìn)測量結(jié)果更加精準(zhǔn)全面，展示在人們面前的區(qū)域狀況更加清晰明了，給相關(guān)工作人員節(jié)省了很多時(shí)間，大大提高了測繪的工作效率。

1.4 宏觀性

無人機(jī)由于小巧輕便，對環(huán)境空間的受限和要求較低，可以有效完成惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。無人機(jī)還具有完善的航空拍攝系統(tǒng)，能夠擴(kuò)大數(shù)據(jù)及信息搜集的范圍，通過多次、實(shí)時(shí)、智能地大范圍監(jiān)測來保證信息采集的準(zhǔn)確性。無人機(jī)遙感監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)需要先進(jìn)技術(shù)的加持分析，如三維監(jiān)測技術(shù)。三維監(jiān)測具有宏觀性的特點(diǎn)，其監(jiān)測范圍較傳統(tǒng)定點(diǎn)方式更立體全面。作為測繪工程測量的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著時(shí)代的發(fā)展和需求，和日益嚴(yán)苛的工程建設(shè)測繪測量數(shù)據(jù)的要求增高，無人機(jī)遙感技術(shù)也在不斷改革創(chuàng)新，此境況下比較明顯的就是監(jiān)測的范圍更加廣泛，并且這一優(yōu)勢也在愈加顯著。此外，無人機(jī)遙感技術(shù)還可以利用三維監(jiān)測提供宏觀信息，保證信息獲取的及時(shí)有效，營造無人機(jī)遙感監(jiān)測的宏觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，無人機(jī)遙感技術(shù)在測繪工程中的應(yīng)用可以解決傳統(tǒng)測繪工作難以解決的難題，并充分發(fā)揮遙感監(jiān)測的宏觀掌控作用，提高測繪工作的效率。

2 無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，我國的無人機(jī)遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于天氣監(jiān)測、資源勘探、測繪工程及應(yīng)急救援等領(lǐng)域，尤其是在測繪工程中的應(yīng)用已逐漸成熟，其分辨率與準(zhǔn)確度正被日益提升。傳統(tǒng)的測繪遙感工程設(shè)備是載人飛機(jī)或衛(wèi)星等，這些設(shè)備使用成本高且容易受到天氣的影響，在更新數(shù)據(jù)信息時(shí)也相對較慢，對于測繪工作及工程整體的進(jìn)度發(fā)展造成了很大的限制。相比之下，無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用，可以幫助測繪工程采集更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，并且加快對數(shù)據(jù)信息的有效處理速度，無人機(jī)遙感技術(shù)將載波差分位中的動(dòng)態(tài)差分與靜態(tài)差分相統(tǒng)一，更便于科學(xué)開展工程測量網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息傳輸數(shù)據(jù)的目的。無人機(jī)遙感技術(shù)的應(yīng)用不僅擴(kuò)大了測繪工程的宏觀范圍，同時(shí)還大大加強(qiáng)了測量數(shù)據(jù)獲取及分析的高效性及準(zhǔn)確性。另一方面，無人機(jī)遙感技術(shù)與傳統(tǒng)測繪技術(shù)相比，其飛行偏角較大，像幅更小。而這些因素也會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)在獲取信息過程中出現(xiàn)漏洞。無人機(jī)的機(jī)體輕、飛行高度高的這一特性，讓其在一定高度的空中容易受到風(fēng)的影響而出現(xiàn)飛行穩(wěn)定性不佳的狀況，而測繪工作則要求一直保障無人機(jī)攝影的平穩(wěn)性。

3 無人機(jī)遙感技術(shù)在土地管理中的應(yīng)用

3.1 低空作業(yè)

在低云量時(shí)，無人機(jī)進(jìn)行測繪工作可與遙感技術(shù)相結(jié)合，共同完成航拍攝影任務(wù)，并且準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)影像。應(yīng)用遙感技術(shù)可以充分發(fā)揮無人機(jī)在測繪工程中的應(yīng)用價(jià)值，可以保質(zhì)保量完成繪圖的要求。無人機(jī)遙感技術(shù)的價(jià)值除了體現(xiàn)在高難度的航拍測繪工作中，還體現(xiàn)在有效應(yīng)對突發(fā)事件中。在原有無人機(jī)低空航測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新無人機(jī)專用飛行檢查系統(tǒng)和低空數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)，并不斷對軟件進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)飛行、拍攝過程中更科學(xué)合理的地形覆蓋。與此同時(shí)，不斷提高穩(wěn)定性能的機(jī)械變形技術(shù)，可以改善無人機(jī)低空航測系統(tǒng)中廣角相機(jī)的自穩(wěn)定性，該技術(shù)可以進(jìn)一步促進(jìn)無人機(jī)測量和測繪技術(shù)的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)控制無人機(jī)低空航測系統(tǒng)成為可能，可以獲得精確度、清晰度、分辨率更高的數(shù)據(jù)，做到準(zhǔn)確處理。

3.2 規(guī)劃航線

操作人員在對航線進(jìn)行規(guī)劃的過程中，需要格外注意航線規(guī)劃與數(shù)據(jù)采集之間的緊密聯(lián)系，航線的準(zhǔn)確性對于測繪的數(shù)據(jù)有直接影響。常規(guī)情況下，無人機(jī)作業(yè)時(shí)間通常為1h左右，除去實(shí)際的飛行損耗能量，無人機(jī)能夠保持50min的拍攝狀態(tài)。需要操作人員事先對飛行路線進(jìn)行規(guī)劃，避免規(guī)定時(shí)間內(nèi)無法返航現(xiàn)象發(fā)生。利用科學(xué)的方式對實(shí)際需要檢測的區(qū)域進(jìn)行全面規(guī)劃，保障無人機(jī)的有效測繪，根據(jù)實(shí)際需求對探測地區(qū)進(jìn)行拍攝，確保各項(xiàng)環(huán)節(jié)的合理性。測繪地區(qū)控制航線的目的在于保證任務(wù)能夠順利完工，根據(jù)區(qū)域編制網(wǎng)址網(wǎng)絡(luò)，建立專用的信號(hào)坐標(biāo)，確保無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)階段可以清楚感知其具體位置，對于路線核實(shí)具有重要作用。在測繪工作不斷開展的過程中，環(huán)境較為惡劣的地區(qū)與常規(guī)探測的環(huán)境完全不同，會(huì)受到惡劣天氣的影響。無人機(jī)遙感技術(shù)可以保證惡劣天氣下勘測的準(zhǔn)確性，根據(jù)測繪的需求對地形高程進(jìn)行有效控制，確保測繪范圍實(shí)現(xiàn)全覆蓋。航線確定后可以明確具體航行高度，確?？睖y數(shù)據(jù)與實(shí)際影像重合，減少測繪誤差，保障測繪的精準(zhǔn)性。

3.3 特殊工況

在采集此類信息時(shí)，應(yīng)選擇與測量目標(biāo)適配的采集手段，可選擇手動(dòng)采集，也可應(yīng)用自動(dòng)加密技術(shù)。自動(dòng)加密技術(shù)即通過航拍設(shè)備與傳感器暫時(shí)存儲(chǔ)所采集的數(shù)據(jù)，加密數(shù)據(jù)促進(jìn)信息安全，作為參考數(shù)據(jù)輔助測量工作。具有相關(guān)訪問權(quán)限的工作人員才能使用內(nèi)部信息，有效降低盜用數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)。通過計(jì)算機(jī)遙控系統(tǒng)手動(dòng)加密數(shù)據(jù)，根據(jù)本站數(shù)據(jù)采集預(yù)期，指揮無人機(jī)定向拍攝，可提高信息準(zhǔn)確性。應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)可高效優(yōu)質(zhì)處理信息，從技術(shù)層面提高測量工作質(zhì)量。大型復(fù)雜工區(qū)是既往測量工作難點(diǎn)，項(xiàng)目測繪質(zhì)量較大程度取決于數(shù)據(jù)完整性，應(yīng)用該技術(shù)后，可全方位采集特殊工區(qū)信息，對綜合管理工區(qū)有重要意義。無人機(jī)測繪中，必須使用適配飛行平臺(tái)。在實(shí)際測繪中，應(yīng)分析目標(biāo)區(qū)域地形地貌設(shè)計(jì)測繪方案。無人機(jī)飛行過程中，顯著縮小了像幅，同時(shí)增大了偏角，通過空中三角技術(shù)應(yīng)用糾正影像，保證航拍過程中覆蓋全部地理位置。測繪基礎(chǔ)是獲取數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性直接影響測繪質(zhì)量。無人機(jī)遙感測繪是對測繪技術(shù)的升級，在礦區(qū)、建筑工程、災(zāi)害救援中有重要應(yīng)用價(jià)值，測量信息更準(zhǔn)確，對特殊環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。

3.4 突發(fā)事件應(yīng)急監(jiān)測

常規(guī)測量手段不僅限制條件多，而且耗時(shí)較長，效率低于客觀需求，采集信息不全會(huì)影響災(zāi)區(qū)人民生命安全，同時(shí)也會(huì)增加救援風(fēng)險(xiǎn)。無人機(jī)遙感技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)性，幫助救援部門迅速獲取災(zāi)區(qū)信息，采集區(qū)域環(huán)境特征信息，從而制定科學(xué)性應(yīng)急方案，促進(jìn)順利解決突發(fā)事件。以某地洪水為例，災(zāi)情發(fā)生后，無人機(jī)第一時(shí)間抵達(dá)災(zāi)區(qū)空域，全面探測實(shí)時(shí)地理環(huán)境，救援工作因此獲得可靠信息依據(jù)。該地洪水發(fā)生突然，發(fā)展迅速，危害面積廣泛，就近救援中必須了解具體災(zāi)情信息，以規(guī)劃科學(xué)的深入救援路線。啟動(dòng)無人機(jī)等遙感監(jiān)測設(shè)備，配合多種科技手段后，在短時(shí)間內(nèi)繪制災(zāi)情分布圖，并迅速制定救援計(jì)劃。雖然此次洪災(zāi)突發(fā)，造成眾多損失，但是在技術(shù)支持下實(shí)施卓有成效的救援活動(dòng)，與傳統(tǒng)技術(shù)時(shí)期同等洪災(zāi)救援成效相比，此次救援反應(yīng)更迅速，準(zhǔn)備更充分，災(zāi)區(qū)信息更詳盡，救援措施也更具實(shí)效性，人員傷亡顯著降低。

3.5 城市規(guī)劃應(yīng)用

無人機(jī)遙感技術(shù)在城市規(guī)劃和區(qū)域規(guī)劃測量工作中的應(yīng)用，能夠明顯提升采集數(shù)據(jù)分布特征與統(tǒng)計(jì)規(guī)律的符合度，為采樣的準(zhǔn)確性提供有力保證。目前，我國正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)快速發(fā)展階段，將無人機(jī)遙感技術(shù)應(yīng)用至城市建設(shè)期間的數(shù)據(jù)采集工作中，能夠建立更加直觀和實(shí)時(shí)的地形模型，有效提升城市建設(shè)的合理性。在對城市當(dāng)中指定區(qū)域的地理信息進(jìn)行采集時(shí)，無人機(jī)遙感技術(shù)能夠從多個(gè)角度出發(fā)，為城市建設(shè)提供具有高分辨率的參考資料，使得建設(shè)人員能夠更加全面和綜合的考慮和分析城市規(guī)劃情況。不過值得注意的是，無人機(jī)飛行期間的傾角問題會(huì)對采集信息產(chǎn)生影響，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)要解決此類問題所產(chǎn)生的影響。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 工程概況

某單位擬對某農(nóng)村實(shí)施1:2000全野外數(shù)字化地形圖測繪和勘測定界，為該土地整理項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、上報(bào)審批、工程施工提供現(xiàn)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的地理信息數(shù)據(jù)，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)提供基礎(chǔ)服務(wù)。測區(qū)地貌為丘陵地帶，測區(qū)內(nèi)交通極不方便，通視條件一般，適合進(jìn)行無人機(jī)航空攝影測量。

4.2 航飛實(shí)施情況

本次航飛選擇某晴天中午時(shí)分實(shí)施，測區(qū)東西長約10000m，南北寬約6000m，總面積約16.3平方公里，航高為163m，影像地面分辨率為6.2cm/pixel。航飛拍攝了15條航線，共計(jì)312張航片，影像大小為4608像素*3456像素，單張影像覆蓋范圍約為286m*214m，預(yù)設(shè)航向重疊為80%，旁向重疊為60%，飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量良好。

4.3 無人機(jī)航測技術(shù)流程

無人機(jī)航測技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 無人機(jī)航測技術(shù)流程

4.4 像片控制測量

考慮到沿線環(huán)境情況及航測成圖要求、項(xiàng)目實(shí)施的可操作性，控制測量采用本省CORS網(wǎng)絡(luò)RTK測量方法實(shí)施；經(jīng)統(tǒng)籌細(xì)分，對燃?xì)飧删€一期工程19km長度布設(shè)了93個(gè)控制點(diǎn)（像控點(diǎn)）。像片控制點(diǎn)選點(diǎn)應(yīng)符合以下規(guī)定：①像片控制點(diǎn)的目標(biāo)影像應(yīng)清晰，易于判刺和立體量測。②像片控制點(diǎn)宜能公用，單航線宜布設(shè)在航向3片重疊范圍內(nèi)，多航線宜布設(shè)在航向及旁向6片或5片重疊范圍內(nèi)，并確保像片控制點(diǎn)在相鄰各片的影像都清晰。③高程控制點(diǎn)點(diǎn)位目標(biāo)應(yīng)選在高程起伏較小的地方，以線狀地物的交點(diǎn)為宜。④像片控制點(diǎn)點(diǎn)位距像片邊緣不應(yīng)小于150像素。⑤測區(qū)四角及航線交叉處應(yīng)布設(shè)像控點(diǎn)。像片控制點(diǎn)布設(shè)方法包括全野外布點(diǎn)、區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)和航線網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn)，各布點(diǎn)方法的適用范圍如下：首先是全野外布點(diǎn)法，適用范圍為1∶500比例尺站場和穿跨越測量；然后是區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)，適用范圍為1∶1000～1∶2000比例尺站場、穿跨越和線路帶狀地形圖測量；最后是航線網(wǎng)布點(diǎn)方法，適用范圍是1∶1000～1∶2000比例尺線路帶狀地形圖測量。在本次測繪項(xiàng)目工程中，采用了區(qū)域網(wǎng)布點(diǎn)的方法進(jìn)行布點(diǎn)。

4.5 成果質(zhì)量檢查驗(yàn)收

本次無人機(jī)低空攝影測量經(jīng)過項(xiàng)目規(guī)劃、航飛、布設(shè)控制點(diǎn)、內(nèi)業(yè)空中三角測量、數(shù)據(jù)采集、成果資料整理及生成項(xiàng)目質(zhì)量報(bào)告等步驟，最終完成1:2000地形圖及1:2000勘測定界圖的平面位置中誤差為9.3cm，高程中誤差為8.6cm，滿足1:2000數(shù)字航空攝影測量測圖規(guī)范的要求，項(xiàng)目取得圓滿成功。

總而言之，無人機(jī)攝影測量技術(shù)的應(yīng)用前景廣泛，能夠進(jìn)一步提升項(xiàng)目工作效率，有效縮短工期，并在項(xiàng)目前期、中期及后期結(jié)合實(shí)際情況，技術(shù)層面上給予科學(xué)的幫助，具體細(xì)化的領(lǐng)域綜合各方意見，從而促進(jìn)項(xiàng)目的順利完成。

5 結(jié)束語

無人機(jī)遙感技術(shù)是目前我國較為先進(jìn)的測繪技術(shù)之一，具有較高的技術(shù)含量與技術(shù)水平。無人機(jī)低空攝影獲取高清晰影像數(shù)據(jù)在通過無人機(jī)測繪系統(tǒng)生成三維點(diǎn)云與模型，實(shí)現(xiàn)地理信息的快速獲取。這不僅提高了效率，還降低了成本，并且有著數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、操作靈活的特點(diǎn)，可以滿足測繪行業(yè)的不同需求；大大地節(jié)省了測繪人員野外測繪的工作量，取得了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益無人機(jī)遙感技術(shù)在測繪工作的開展中發(fā)揮著不可替代的重要作用，該技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的人工測量的缺陷問題，進(jìn)行全面有效的工程測繪工作，有利于提高工程測繪工作的效率和準(zhǔn)確，進(jìn)而為項(xiàng)目工程施工的有效開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。