無人機(jī)測繪技術(shù)在土地執(zhí)法測量中的應(yīng)用

鄭貴虎

（貴州省地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究院，貴州畢節(jié) 551700）

0 引言

應(yīng)急救援、土地規(guī)劃、資源開發(fā)等方面都涉及測繪工作，為獲得完整且準(zhǔn)確的測繪結(jié)果，測繪技術(shù)十分重要。信息時代陸續(xù)出現(xiàn)了許多數(shù)字化測繪技術(shù)，如無人機(jī)測繪的優(yōu)勢明顯，其靈活性、抗干擾性、便捷性較強(qiáng)，使其擁有較大的發(fā)展?jié)摿?。土地?zhí)法測量對減少違規(guī)用地、占地問題非常有效。當(dāng)前，很多單位都開始用無人機(jī)測繪技術(shù)輔助土地執(zhí)法測量，但在具體的實施中需根據(jù)測量區(qū)域情況，優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用流程，合理設(shè)定參數(shù)。

1 無人機(jī)測繪技術(shù)在土地執(zhí)法測量中的優(yōu)勢

土地執(zhí)法監(jiān)管工作的難度較大，單純的人工監(jiān)管方式面臨較多問題，可能存在監(jiān)管不到位、效率偏低等情況。而無人機(jī)測繪能克服傳統(tǒng)人工工作的諸多不足，為相關(guān)部門監(jiān)管土地違法行為提供技術(shù)支持。當(dāng)前技術(shù)條件下，無人機(jī)控制、數(shù)碼航攝、影像處理等技術(shù)飛速發(fā)展，使無人機(jī)測繪技術(shù)的優(yōu)勢更為明顯，應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大。目前，土地執(zhí)法測量中無人機(jī)測繪技術(shù)的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下方面。

1.1 快速高效

土地執(zhí)法測量的目的是獲得違法用地面積的數(shù)據(jù)，利用無人機(jī)傾斜攝影測量能高效獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。具體來說，無人機(jī)攜帶專業(yè)的測量攝影相機(jī)，在無人機(jī)飛行時精準(zhǔn)獲取測量區(qū)域內(nèi)的違法情況，得到相關(guān)數(shù)據(jù)、影像圖片等資料，這一過程中測量具有自動化特點，只需要設(shè)定好飛行路線等相關(guān)參數(shù)，幾乎不需要人工參與。土地執(zhí)法測量中利用無人機(jī)開展外業(yè)測量時，操作員與無人機(jī)設(shè)備可同車前往，無需分開，因為無人機(jī)的拆卸、安裝相對便捷，到達(dá)測繪區(qū)域時有關(guān)人員能在短時間內(nèi)完成組裝與調(diào)試，使無人機(jī)快速進(jìn)入測量階段。無人機(jī)的體積、結(jié)構(gòu)等對起降地點無嚴(yán)格要求，只需在平整的地面實施即可，操作便捷[1]。此外，無人機(jī)測繪時受天氣因素的干擾較小，能通過低空飛行得到違法地塊的清晰影像。航測得到影像數(shù)據(jù)后，再由專業(yè)軟件自動生成3D 模型。土地執(zhí)法測量中無人機(jī)測繪技術(shù)的測繪效率較高，短時間內(nèi)可得到完整的測繪數(shù)據(jù)、清晰的影像，為測繪、執(zhí)法相關(guān)工作提供便捷。

1.2 性價比較高

目前，市場上有多種土地違法行為，如違規(guī)違建、非法占用耕地等，一般土地違法行為所在地區(qū)的地形條件復(fù)雜，且具有高度的隱蔽性，單純通過人工取證，很難獲得完整的信息，還會耗費較長的時間，而無人機(jī)測繪技術(shù)可有效解決這些問題，實現(xiàn)動態(tài)化監(jiān)管土地違法行為[2]。無人機(jī)搭載專業(yè)化設(shè)備可自主巡查、主動測量被測區(qū)域的情況，當(dāng)前無人機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了多種型號和類型的無人機(jī)，這些無人機(jī)的性能、價格等各有差異，一次購買可多次使用，只要無人機(jī)在飛行過程中不出現(xiàn)重大飛行事故導(dǎo)致無人機(jī)損壞，幾乎不會產(chǎn)生額外的費用。因此，無人機(jī)在土地執(zhí)法測量工作中擁有突出的成本優(yōu)勢。

1.3 測量效果好

有關(guān)部門在進(jìn)行土地違法調(diào)查取證時，必須獲得準(zhǔn)確的違法用地面積數(shù)據(jù)，方便后續(xù)以此為基準(zhǔn)開展監(jiān)督與管控工作。傳統(tǒng)的航空攝影測量技術(shù)存在一定的劣勢，而無人機(jī)測繪技術(shù)發(fā)展到今天，顯然可以克服這些劣勢，無人機(jī)全方位可以快速拍攝所測區(qū)域，利用三維數(shù)據(jù)準(zhǔn)確反映測區(qū)內(nèi)的真實地貌。

2 無人機(jī)航測系統(tǒng)的組成

信息時代下無人機(jī)技術(shù)水平顯著提高，無人機(jī)在社會生產(chǎn)生活的方方面面都得到了應(yīng)用。土地執(zhí)法測量中引入無人機(jī)航測技術(shù)，不僅能完整地采集土地的違法信息，還能高效、自動實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與分析，促進(jìn)土地資源的合理利用與分配。土地執(zhí)法中采用無人機(jī)航測系統(tǒng)，利用無人機(jī)攝像頭完成數(shù)據(jù)采集、影像獲取的任務(wù)，完整、準(zhǔn)確地得到測區(qū)的土地資源信息。但利用無人機(jī)進(jìn)行航測前，相關(guān)人員必須進(jìn)入測區(qū)展開前期調(diào)研，了解當(dāng)?shù)氐臍夂颉⒌乩淼惹闆r，由專人根據(jù)這些情況設(shè)計航線、飛行參數(shù)[3]。另外，通過引入GPS 技術(shù)還能提高定位的精度，在其前提下收集的影像數(shù)據(jù)，經(jīng)由專業(yè)化處理可得到高分辨率的DOM 數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與航測影像數(shù)據(jù)對比后，可獲得土地利用、規(guī)劃、地面審批、違法占用等情況。無人機(jī)航測系統(tǒng)的構(gòu)成簡單，主要包含飛控、地面站、航測3 個子系統(tǒng)。

2.1 飛控系統(tǒng)

無人機(jī)航測系統(tǒng)中飛控系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制無人機(jī)，可根據(jù)測區(qū)情況合理調(diào)整無人機(jī)的飛行路線、飛行高度等參數(shù)。根據(jù)無人機(jī)測繪技術(shù)的有關(guān)經(jīng)驗，低空航測無人機(jī)有基本的操作要求。第一，總載重在2kg 以上、續(xù)航在1.5h 以上。第二，巡航速度為60 ～160km/h。第三，航測器材倉尺寸高于0.25m（L）×0.2m（W）×0.25m（H）[4]。

2.2 地面站控制系統(tǒng)

地面站控制系統(tǒng)安裝于計算機(jī)或者移動終端，在數(shù)字無線電與飛行控制系統(tǒng)之間建立通信通道。在無人機(jī)飛行過程中地控軟件能動態(tài)可視化顯示測區(qū)的電子地圖，可根據(jù)航測實時跟蹤飛行器的飛行軌跡、位置與航向等有關(guān)參數(shù)，采取專業(yè)化方式處理采集的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)開展相應(yīng)工作。地面站內(nèi)有多個操作人員，這些人員可依據(jù)采集的數(shù)據(jù)，控制無人機(jī)飛行的過程。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)與圖像信息，借助數(shù)字?jǐn)z像測量網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建DLG 矢量圖形。

2.3 航測系統(tǒng)

航測系統(tǒng)內(nèi)包含各類相機(jī)，由于在無人機(jī)測量過程中有明確的分辨率、功能等要求，為滿足這些測量要求，系統(tǒng)內(nèi)必須配備高分辨率相機(jī)、多光譜相機(jī)和高光譜相機(jī)，在不同設(shè)備的相互配合下得到測區(qū)內(nèi)完整且高清的影像。無人機(jī)攝影測量圖像采集前，相關(guān)人員需開展前期準(zhǔn)備工作，獲取測區(qū)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，必要情況下進(jìn)行測繪，分析周邊的特殊區(qū)域，合理規(guī)劃航線，下載航路規(guī)劃結(jié)果，進(jìn)行檢查與驗證。在技術(shù)仰角點要求下，光控測量一般應(yīng)在波動異常小的位置，如區(qū)域情況相對特殊，需采取人工地面標(biāo)記法。

3 土地執(zhí)法測量中無人機(jī)測繪技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 土地違法測量中無人機(jī)測繪外業(yè)數(shù)據(jù)有效采集

土地違法監(jiān)管中，測繪工作作為重點，需要用先進(jìn)的測繪技術(shù)獲得違法使用或占用土地面積的情況后，有關(guān)部門依據(jù)測繪結(jié)果給予有效懲罰。目前，無人機(jī)測繪中的傾斜攝影測量技術(shù)，可高效、高質(zhì)量完成測量任務(wù)。土地執(zhí)法的外業(yè)測量中的無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，在獲得相關(guān)數(shù)據(jù)時，需在無人機(jī)低空飛行中搭載多個高性能專業(yè)測量攝影相機(jī)，這種無人機(jī)與攝影相機(jī)相結(jié)合的采集方式，具有極高的靈活性、便捷性、抗干擾性，可以按照行業(yè)規(guī)定高效完成測繪任務(wù)。在實際的工作中，要高效完成測繪任務(wù)，獲得更有價值的結(jié)果，相關(guān)部門需選派專業(yè)的外業(yè)測量人員，在無人機(jī)測量前，由專人進(jìn)入現(xiàn)場展開一系列調(diào)研，依據(jù)地形等基本情況合理布設(shè)影像控制點。通常情況下，利用紅色或者白色油漆標(biāo)記像控點，當(dāng)按規(guī)定布設(shè)完像控點后，應(yīng)由無人機(jī)試飛，審核與檢驗像控點的布置是否合理，只有通過試飛，才能正式開始航測。

3.2 快速高效對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理

土地執(zhí)法測量中可能遇到測區(qū)地形條件惡劣的情況，如采用人工測量法很難克服地形條件的限制，而通過無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)，可得到相對完整且準(zhǔn)確的結(jié)果。在獲取測區(qū)許可時，由無人機(jī)搭載多個攝影相機(jī)，在違法地塊低空飛行，從多個角度與方位拍攝影像，獲得采集數(shù)據(jù)。無人機(jī)傾斜攝影測量與傳統(tǒng)航測技術(shù)的數(shù)據(jù)采集過程相比，后者在獲取數(shù)據(jù)時需與人工方式相結(jié)合，需要人工加工和處理所得數(shù)據(jù)，人的介入不利于保障數(shù)據(jù)處理的工作效率與準(zhǔn)確度，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差。而無人機(jī)傾斜攝影測量技術(shù)在外業(yè)工作全面結(jié)束后，由系統(tǒng)將圖像或者數(shù)據(jù)導(dǎo)出，進(jìn)入內(nèi)業(yè)處理環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理過程主要包含以下方面。

（1）檢查前期采集到的影像或者數(shù)據(jù)，評估外業(yè)航測無人機(jī)的飛行質(zhì)量、航攝的影像圖片，如影像重疊度、像片傾角與旋角、航線彎曲度、影像清晰度等，還要檢查測量結(jié)果與內(nèi)業(yè)規(guī)范、作業(yè)要求等是否不一致，若不一致，需重新根據(jù)違法地塊情況進(jìn)行補(bǔ)飛、重飛[5]。（2）采集的數(shù)據(jù)需通過空三加密，以提高數(shù)據(jù)的安全性。（3）由專業(yè)的內(nèi)業(yè)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，基于原始影像、空三加密技術(shù)生成三維模型、DOM、DSM、數(shù)字點云等，再利用像控點、檢查點等評估模型的精度，當(dāng)模型精度符合實際測量要求時，由數(shù)據(jù)采集平臺提取違法土地的相關(guān)信息，獲得關(guān)鍵信息，用于指導(dǎo)土地違法處理決策。

3.3 圖斑提取

3.3.1 基于影像變化信息界定

對于前時像影像為耕地、非耕農(nóng)用地、未利用地，后時像影像為建設(shè)用地，可判定為新增建設(shè)用地，按照基本肯定圖斑進(jìn)行界定。針對前時像影像為耕地、非耕農(nóng)用地、未利用地，后時像有動土痕跡的，不能直接判定為新增建設(shè)用地，將其界定為可疑圖斑。如果前時像影像有動土痕跡，后時影像為建設(shè)用地，那么不能直接判定為新增建設(shè)用地，應(yīng)以可疑圖斑界定。對于域內(nèi)或村莊內(nèi)部面積較小變化的圖斑，嚴(yán)禁將其作為新增建設(shè)用地。對于前時像影像為建設(shè)用地，后時像改建的情況，不得將其作為建設(shè)用地。對于山地、采礦用地等應(yīng)結(jié)合其在影像中的具體邊界進(jìn)行合理界定。

3.3.2 基于土地利用現(xiàn)狀圖或數(shù)據(jù)庫界定

如在測量過程中存在不一致的圖斑，應(yīng)逐一沿邊界進(jìn)行勾界。數(shù)據(jù)庫屬性若為耕地、非耕農(nóng)用地、未利用地，后時像影像為建設(shè)用地，那么應(yīng)將其判定為新增建設(shè)用地，以基本肯定圖斑精準(zhǔn)界定。若數(shù)據(jù)庫屬性為耕地、非耕農(nóng)用地、未利用地，后時像存在動土痕跡，不得將此直接判定為新增建設(shè)用地，而應(yīng)該根據(jù)可疑圖斑的情況進(jìn)行界定。圖斑邊界較差超過圖上1mm 的情況下，參考影像圖斑重新描繪；圖斑邊界較差小于圖上1mm 的情況下，則直接參考土地利用現(xiàn)狀圖或數(shù)據(jù)庫界定。

在違法用地的監(jiān)測項目中，有關(guān)人員需對比兩期間隔拍攝的無人機(jī)正射影像，或?qū)o人機(jī)正射影像與上一年度年底獲取的高分辨率衛(wèi)星影像進(jìn)行對比，準(zhǔn)確定位變化區(qū)域，得到兩期影像的變化圖斑。

3.4 土地執(zhí)法無人機(jī)日常有效巡查

傳統(tǒng)技術(shù)相對落后，無法全面了解土地的違法行為，很多個體或者單位隨意占用土地的現(xiàn)象普遍，雖然有關(guān)部門加大了土地監(jiān)管力度，但因為人工測量、傳統(tǒng)測繪方式，受地形地貌等的影響相對較大，很難在違法地塊內(nèi)進(jìn)行取證，工作效率較低，獲取的測量結(jié)果與實際存在較大偏差。另外，一些違法土地的隱蔽性強(qiáng)，依賴人工巡查很難發(fā)現(xiàn)，違法土地監(jiān)管工作不到位。目前，已經(jīng)進(jìn)入全新的發(fā)展階段，在違法土地監(jiān)管過程中可采用的技術(shù)相對較多，扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)的巡查、測量局面[6]。無人機(jī)的出現(xiàn)能有效發(fā)揮其功能優(yōu)勢，為土地違法測量提供技術(shù)支持，且利用無人機(jī)開展各種測量任務(wù)時，受時間、地點等因素的干擾較小。應(yīng)用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)后，測量范圍顯著擴(kuò)大，且能低空飛行。在飛機(jī)飛行的過程中，無人機(jī)搭載的攝影相機(jī)可以實現(xiàn)全方位拍攝，有效采集違法地塊的相關(guān)情況，有利于得到更完整的數(shù)據(jù)[7]。因此，土地違法日常巡查階段，要采用無人機(jī)技術(shù)高效采集區(qū)域內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，減少在違法土地測量中的人力、物力等投入，提高違法土地數(shù)據(jù)、影像取證的便捷性和高效性。利用3D 建模技術(shù)及時分析獲得的航拍影像數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)與原始測繪圖像對比，計算得到違法使用或占用的土地面積數(shù)值，將這些結(jié)果作為有關(guān)部門確定行政處罰力度的有效參考，使社會大眾意識到違法占用土地的危害，積極參與土地保護(hù)、土地執(zhí)法監(jiān)管等各項工作，能夠有效遏制土地違法活動。

4 結(jié)語

土地執(zhí)法測量是當(dāng)前土地規(guī)劃利用、開發(fā)的重要工作，為科學(xué)遏制各種土地違法活動，相關(guān)單位需加強(qiáng)土地執(zhí)法力度，借助無人機(jī)測繪完成土地執(zhí)法測量，得到準(zhǔn)確且全面的測量結(jié)果，輔助制定土地違法監(jiān)管決策。未來，土地執(zhí)法工作中相關(guān)單位需增加無人機(jī)測繪技術(shù)方面的投入，保持無人機(jī)測繪技術(shù)的先進(jìn)性。