無人機測繪技術在自然資源監(jiān)測項目中的運用探析

陳 靜

（青島信達勘測有限公司，山東 青島 266600）

自然資源的有效監(jiān)測和管理對于保護生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化資源配置、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展至關重要。然而，傳統(tǒng)的自然資源監(jiān)測面臨人力和時間成本高、數(shù)據(jù)獲取精度低等挑戰(zhàn)。隨著無人機測繪技術的快速發(fā)展，其應用在自然資源監(jiān)測項目中越來越受到關注。無人機測繪技術除了測繪范圍廣泛之外，還可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸和實時遙控等雙向通信應用，促進精準互動和信息共享。

1 無人機測繪技術概述

無人機測繪技術是指利用無人機作為載體，通過懸掛測繪設備，利用無人機的飛行特點和遙感技術，對地表、地形、建筑物等進行測繪和數(shù)據(jù)采集的一種技術。無人機測繪技術具有高效快速、安全可靠、高精度精準、多維數(shù)據(jù)采集等多個特點，近些年在各行各業(yè)得到了廣泛應用。例如工程測繪、土地規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、地理信息系統(tǒng)等領域，無人機測繪技術的運用大大提高了測繪工作的效率和精度，為人們提供了更好的地理信息支持。

2 無人機測繪技術在自然資源監(jiān)測項目中的優(yōu)勢

2.1 監(jiān)測范圍廣泛

傳統(tǒng)的自然資源監(jiān)測通常受到地理環(huán)境和人力資源的限制，一些山區(qū)、森林、河流等遙遠或難以進入的地區(qū)往往很難實施監(jiān)測活動。然而，無人機具有靈活性和適應性，可以快速飛行和懸掛專業(yè)設備，從而使得監(jiān)測范圍更為廣泛。無人機可以通過低空飛行獲取大范圍的地表數(shù)據(jù)，提供更全面的監(jiān)測視角。在山區(qū)、森林等地區(qū)，無人機可以在崎嶇復雜的地形中穿行，獲取難以獲得的地理信息。

2.2 信息采集迅速

無人機的高效快速特點使其可以在較短的時間內(nèi)獲取大量的數(shù)據(jù)，尤其是搭載高分辨率相機、激光雷達等傳感器時，可以提供細節(jié)豐富的地表圖像和三維模型數(shù)據(jù)。同時，無人機可以進行自動化的飛行計劃和路徑規(guī)劃，以最優(yōu)的方式采集地理信息。這種迅速的信息采集能力有助于及時獲取關鍵數(shù)據(jù)，進一步支持資源監(jiān)測工作。

2.3 數(shù)據(jù)安全性較高

傳統(tǒng)的自然資源監(jiān)測方式可能需要人工操作進入現(xiàn)場，存在一定的風險。例如，在監(jiān)測大動物遷徙時，傳統(tǒng)的人工方法可能會對動物造成干擾。而無人機操作人員可以通過遙控設備在遠程控制無人機，不需要直接接觸監(jiān)測區(qū)域，從而降低了人員風險。此外，無人機操作人員可以遵循強制的安全操作規(guī)范和飛行程序，降低了事故和數(shù)據(jù)泄露的風險，這使得無人機測繪技術在數(shù)據(jù)安全性方面具備較高的保障[1]。

3 無人機測繪技術的應用流程

3.1 需求確認和規(guī)劃

在這個階段，需要明確自然資源監(jiān)測的具體需求和目標。確定監(jiān)測的范圍、要素和數(shù)據(jù)類型，例如監(jiān)測森林覆蓋率、土地利用變化、水域面積等。同時，制定詳細的監(jiān)測計劃，包括監(jiān)測頻率、監(jiān)測時間和監(jiān)測區(qū)域。

3.2 飛行計劃和任務準備

根據(jù)監(jiān)測計劃，制定無人機的飛行計劃。確定飛行區(qū)域范圍和邊界，選擇適當?shù)娘w行高度、速度和航線。同時，進行任務準備工作，包括檢查無人機設備和傳感器、充電電池、存儲介質(zhì)等，確保飛行任務的順利進行。

3.3 實地飛行和數(shù)據(jù)采集

根據(jù)飛行計劃，進行實地飛行并進行數(shù)據(jù)采集。遙控無人機執(zhí)行飛行任務，搭載的傳感器會根據(jù)需要采集地表數(shù)據(jù)，例如高分辨率影像、激光雷達點云等。同時，可以使用導航系統(tǒng)和定位設備對無人機進行定位和姿態(tài)控制，確保航線的準確性和數(shù)據(jù)采集的可靠性。

3.4 數(shù)據(jù)處理和分析

飛行完成后，將采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析。首先，對數(shù)據(jù)進行校正和配準，以提高數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量。然后，根據(jù)需求進行進一步的數(shù)據(jù)處理，如生成正射影像、數(shù)字地面模型（DEM）、數(shù)字地表模型（DSM）、三維模型等。可以使用專業(yè)的軟件和算法進行數(shù)據(jù)處理和分析。

3.5 結果呈現(xiàn)和應用

根據(jù)監(jiān)測項目的需求，將處理好的數(shù)據(jù)進行結果呈現(xiàn)和應用?？梢灾谱鞯貓D、圖表、報告等形式，展示監(jiān)測結果。利用這些結果進行資源管理、環(huán)境評估、規(guī)劃決策等工作，同時也可以與其他地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)進行集成和應用。

3.6 數(shù)據(jù)管理和保存

對測繪數(shù)據(jù)進行整理、歸檔和保存，建立相應的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或云存儲系統(tǒng)，確保數(shù)據(jù)的長期可用性和安全性。保留原始數(shù)據(jù)和處理后的數(shù)據(jù)，以備后續(xù)分析和應用使用。

4 無人機測繪技術在自然資源監(jiān)測項目中的運用

4.1 航攝像控點的制作以及布設

航攝像控點是用于定位和精確校正航拍影像的關鍵要素之一，因此需要合理地進行制作。監(jiān)測人員可以通過全球定位系統(tǒng)（GPS）和網(wǎng)絡實時動態(tài)定位技術（Real-Time Kinematic，簡稱RTK）進行精確測量并獲取控制點的坐標。同時還可以根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的具體要求，將控制點的坐標標記在實地地面上。通常要求控制點在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)均勻分布，并避免在遮擋物上布設。

在航攝像控點布設方面，航攝像控點的布設是將控制點的坐標轉(zhuǎn)化為實地地面的標記點，并確保攝像機能夠準確捕捉到控制點。監(jiān)測人員需要根據(jù)控制點的坐標，在實地地面上進行標記，布設材料可以選擇使用永久性標記物如金屬釘或人工構建標志物等。在布設控制點后，需要對其進行目視驗證，確保標記點與實際控制點坐標一致，并確保其可見性和清晰度，在此過程中要避免控制點受到遮擋或容易被誤識別。

在航攝像控點的制作和布設方面，還需要注意一些事項。一方面是控制點的數(shù)量，根據(jù)測繪精度要求，控制點的數(shù)量需要足夠密集，通常要求至少三個的控制點用于精確定位和校正。另一方面是控制點類型選擇，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的地質(zhì)條件，可以選擇適合的控制點類型，例如植物標志物、人工構建標志物等。此外，還需要注意控制點的穩(wěn)定性，確保控制點的穩(wěn)定性和持久性，防止受到地質(zhì)變化、環(huán)境干擾等因素的影響[2]。

4.2 形成符合自然資源監(jiān)管的數(shù)據(jù)服務能力

無人機測繪技術在自然資源監(jiān)測項目中的運用需要形成符合自然資源監(jiān)管的數(shù)據(jù)服務能力，這樣才可以保證得到全面準確的自然資源數(shù)據(jù)。

一是高分辨率影像數(shù)據(jù)獲取，利用無人機搭載的高分辨率相機，可以獲取具有細節(jié)豐富度的航拍影像數(shù)據(jù)。這些影像數(shù)據(jù)可以用于監(jiān)測植被覆蓋、土地利用變化、森林資源等自然資源的狀況。數(shù)據(jù)服務能力包括提供高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)，支持自然資源的實時監(jiān)測和分析等。

二是三維地圖和模型生成，無人機搭載的激光雷達傳感器可以獲取地表的高精度三維點云數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以生成精確的三維地圖和模型。這些三維數(shù)據(jù)可以用于資源量化、地形分析和環(huán)境模擬等。數(shù)據(jù)服務能力包括提供精確的三維地圖和模型數(shù)據(jù)，支持自然資源管理和規(guī)劃。

三是生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，無人機可以搭載傳感器，如熱紅外相機、氣象傳感器等，用于監(jiān)測生態(tài)環(huán)境的溫度、濕度、氣象條件等因素。通過實時監(jiān)測和收集數(shù)據(jù)，可以進行生態(tài)環(huán)境評估、物種保護和生態(tài)修復等工作。數(shù)據(jù)服務能力包括提供實時的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)和分析結果，支持自然資源的保護和管理。

四是地質(zhì)災害監(jiān)測，無人機可以用于地質(zhì)災害的監(jiān)測和預警，如山體滑坡、泥石流等。搭載的傳感器可以獲取地表的變形情況和相關的地質(zhì)數(shù)據(jù)。通過實時監(jiān)測和分析，可以提前預警和采取措施，減少地質(zhì)災害的風險。數(shù)據(jù)服務能力包括提供地質(zhì)災害監(jiān)測數(shù)據(jù)和預警信息，支持自然資源的安全管理。

4.3 歸口管理空間定位服務與空間關系表達

在空間定位服務方面，監(jiān)測人員可以利用無人機搭載的定位系統(tǒng)和傳感器，實現(xiàn)高精度的空間定位服務。通過GPS、慣性導航系統(tǒng)和視覺定位等技術，獲取無人機的時空坐標信息，并將其與攝影測量技術相結合，提供精確的地理定位服務。這種空間定位服務在自然資源監(jiān)測項目中可以用于標記和定位監(jiān)測點、監(jiān)控區(qū)域范圍等，為后續(xù)的地理數(shù)據(jù)處理和分析提供基礎[3]。

在空間關系的表達方面，無人機測繪技術能夠通過獲取高分辨率的航拍影像數(shù)據(jù)，對自然資源的空間關系進行表達和分析。通過圖像處理和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術，可以提取地物的位置、形狀和空間分布等特征，進而推斷其空間關系，如相交、包含和鄰接等?？臻g關系的表達可以為自然資源的監(jiān)測、評估和決策提供支持。

監(jiān)測人員可以將無人機測繪技術獲取的數(shù)據(jù)通過地圖、圖表和報告等形式進行空間可視化展示。通過空間可視化，可以直觀地展示自然資源的空間特征、分布情況和變化趨勢。這種可視化展示可以方便資源管理者和決策者對自然資源進行直觀性的理解和分析，提高所獲得空間數(shù)據(jù)的應用價值。

4.4 面向多形態(tài)自然監(jiān)管項目進行路線算法優(yōu)化

以往無人機在采集自然資源監(jiān)測項目圖斑影像的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)飛行時間過長、圖斑影像冗余量過大等問題。這就需要監(jiān)測人員面向多形態(tài)自然監(jiān)管項目進行路線算法的優(yōu)化，提升無人機測繪技術的監(jiān)測效率。

無人機測繪技術可以利用無人機快速靈活的特點，根據(jù)不同的監(jiān)測目標選擇合適的飛行路線和高度，降低監(jiān)測成本，提高工作效率。同時，采用多傳感器融合技術，提高數(shù)據(jù)采集的準確性和完整性。例如，在地質(zhì)災害監(jiān)測中，可同時使用光學相機、激光雷達等設備，獲取地表形態(tài)、地形高程等多維度數(shù)據(jù)[4]。

此外，在自然資源監(jiān)測項目中，監(jiān)測人員還可以基于人工智能和機器學習算法，對無人機采集的數(shù)據(jù)進行智能分析，自動識別異常信息，為自然資源監(jiān)管提供智能化支持。

4.5 人工解譯對比減少數(shù)據(jù)不準確的問題

在進行數(shù)據(jù)采集和準備時需要利用無人機搭載的遙感設備，同時對采集到的高分辨率影像數(shù)據(jù)進行預處理和準備，包括去除噪聲、校正影像、影像拼接等。這樣可以確保影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量和一致性，以便進行后續(xù)解譯對比工作。在進行人工解譯對比之前，需要進行實地考察和調(diào)查，這可以幫助了解監(jiān)測區(qū)域的實際情況，標記出一些重要的地物、地貌特征等。其中，與實地調(diào)查相結合的地方知識和專業(yè)領域?qū)＜业囊庖姺浅Ｖ匾猍5]。

監(jiān)測人員需要根據(jù)監(jiān)測項目的要求和目標，利用專業(yè)的遙感軟件或圖像處理工具，對采集到的影像數(shù)據(jù)進行解譯。根據(jù)需要，可以使用地物分類算法、目標檢測和像元分析等技巧。與其他時間點的影像進行對比，可以觀察和分析相應地區(qū)或地物的變化。

在解譯對比完成后，需要進行校正和驗證工作。校正工作可以借助實地調(diào)查和采集的實地控制點，或者通過與其他高精度數(shù)據(jù)源（如GIS 數(shù)據(jù)）進行對比來驗證結果的準確性。錯誤或不準確的解譯結果需要進行修正和調(diào)整，減少數(shù)據(jù)信息的誤差。

需要注意的是，人工解譯對比需要結合專業(yè)知識和領域知識，解譯人員需要具備相關的背景和經(jīng)驗。另外，監(jiān)測人員和解譯人員還應密切地與實地調(diào)查、領域?qū)＜液推渌夹g專家合作。

5 結語

綜上所述，無人機測繪技術作為一種高效、安全、精準的數(shù)據(jù)采集工具，在自然資源監(jiān)測項目中發(fā)揮著重要的作用。其廣泛的監(jiān)測范圍、快速的信息采集能力和數(shù)據(jù)安全性的優(yōu)勢，為自然資源的管理和保護提供了新的途徑和手段。加強無人機測繪技術的運用，能夠進一步提升自然資源監(jiān)測項目數(shù)據(jù)的準確性和全面性，為自然資源的監(jiān)測提供更全面、準確和可靠的信息支持。隨著技術的進步和應用的深入，無人機測繪技術在自然資源保護和管理領域的作用將持續(xù)擴大，并對未來的資源監(jiān)測工作產(chǎn)生深遠影響。