無人機遙感技術在數(shù)字鄉(xiāng)村建設中的應用

冀 龍

（山西省測繪地理信息院，山西太原 030001）

0 引言

數(shù)字鄉(xiāng)村建設旨在通過信息技術的應用，提升村民生活質(zhì)量，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，推進鄉(xiāng)村現(xiàn)代化。在數(shù)字鄉(xiāng)村建設中，高精度地圖的制作是非常重要的一環(huán)，而無人機遙感技術可以提供高分辨率、高精度和高時效性的地圖數(shù)據(jù)，因此被廣泛應用于數(shù)字鄉(xiāng)村建設中。通過兩年駐村幫扶工作中的實踐經(jīng)驗總結，對此課題進行了深入研究，將以無人機遙感技術在數(shù)字鄉(xiāng)村建設中的應用為研究對象，探討其在地圖制作、數(shù)字化鄉(xiāng)村規(guī)劃等方面的應用，并結合實際案例對其效果進行評估和分析。通過此研究，可以更好地理解無人機遙感技術在數(shù)字鄉(xiāng)村建設中的應用價值和未來發(fā)展方向。

1 數(shù)字鄉(xiāng)村建設

1.1 數(shù)字鄉(xiāng)村建設的概念和意義

數(shù)字鄉(xiāng)村建設是指利用信息技術手段，對農(nóng)村地區(qū)進行信息化改造，推進農(nóng)村現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村振興的過程［1］。數(shù)字鄉(xiāng)村建設的目標是提高農(nóng)村地區(qū)的信息化水平，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和村民收入的提高，推動鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化。

1.2 數(shù)字鄉(xiāng)村建設的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

當前，數(shù)字鄉(xiāng)村建設已經(jīng)成為國家政策的重要內(nèi)容，各地也紛紛制定數(shù)字鄉(xiāng)村建設的實施方案，推進數(shù)字化技術在農(nóng)村地區(qū)的應用推廣。其發(fā)展趨勢是以智能化、信息化、綠色化、生態(tài)化為主要方向，推動農(nóng)村地區(qū)的現(xiàn)代化和鄉(xiāng)村振興。

1.3 數(shù)字鄉(xiāng)村建設的關鍵技術和應用場景

1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)技術是數(shù)字鄉(xiāng)村建設的重要支撐技術之一，它通過將各種物理設備、傳感器等連接到互聯(lián)網(wǎng)上，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源、氣象等方面的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集［2］。

1.3.2 云計算技術

云計算技術是數(shù)字鄉(xiāng)村建設的重要技術支持之一，它通過網(wǎng)絡技術和分布式計算技術，實現(xiàn)對大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲、處理和分析。

1.3.3 大數(shù)據(jù)技術

大數(shù)據(jù)技術是數(shù)字鄉(xiāng)村建設的重要技術支持，可以實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源利用、環(huán)境監(jiān)測等方面的大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、處理和分析。

大數(shù)據(jù)關鍵技術涵蓋數(shù)據(jù)存儲、處理、應用等多方面，根據(jù)大數(shù)據(jù)的處理過程，可將其分為大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)預處理、大數(shù)據(jù)存儲與管理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘、數(shù)據(jù)可視化等，如圖1 所示。

圖1 大數(shù)據(jù)五大關鍵技術

大數(shù)據(jù)技術推廣也是無人機遙感技術在數(shù)字鄉(xiāng)村建設中的重點應用方向，本文將具體說明使用無人機航拍技術對國土資源進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和分析、數(shù)據(jù)可視化及三維建模等方面的應用。

1.3.4 應用場景

數(shù)字鄉(xiāng)村建設的應用場景包括智能農(nóng)業(yè)、智慧交通、智慧醫(yī)療、數(shù)字教育等。

2 基于無人機遙感技術的高精度地圖制作

2.1 基于無人機數(shù)據(jù)采集

基于無人機獲取影像數(shù)據(jù)具有精度高、作業(yè)效率高等特點，因此在小范圍內(nèi)該方法是目前主流的影像數(shù)據(jù)采集方法。

首先，無人機的飛行高度可以根據(jù)需要進行調(diào)整，可以在不同高度下獲取不同分辨率的地圖數(shù)據(jù)。其次，無人機可以在短時間內(nèi)完成大范圍的數(shù)據(jù)采集，從而提高采集效率。再次，無人機可以應用多光譜遙感技術，通過多光譜傳感器獲取更全面、更準確的地圖數(shù)據(jù)［3］。

在無人機采集過程中，需要注意保證飛行安全和數(shù)據(jù)質(zhì)量。例如，需要選擇合適的天氣條件進行飛行，以避免風力和降水等天氣因素對數(shù)據(jù)采集造成影響［4］。同時，還需要選擇合適的攝像頭和傳感器，以確保獲取的地圖數(shù)據(jù)具有高精度和高可靠性。

2.2 科學編制測量地圖

科學編制測量地圖是指在無人機采集到的高精度地圖數(shù)據(jù)基礎上，進行數(shù)據(jù)處理和分析，最終生成高精度的數(shù)字化地圖。以使用大疆精靈4 RTK無人機為例，操作流程和航拍高清影像示例如圖2所示。

圖2 無人機航拍測繪流程及高清鄉(xiāng)村地圖實例

具體來說，在數(shù)據(jù)處理階段，首先需要對采集到的原始數(shù)據(jù)進行初步處理，如去除噪聲、調(diào)整色彩等。然后進行地面控制點的勘測，獲取地面控制點的坐標信息。最后，進行校正和配準，將無人機采集到的數(shù)據(jù)與地面控制點進行匹配，以獲得更高的地圖精度。

在拼接階段，將多個小區(qū)域的地圖數(shù)據(jù)拼接成一個完整的大區(qū)域的地圖，并進行重疊區(qū)域的處理，以確保地圖的連續(xù)性和準確性。最后，對地圖進行標注，添加地名、道路、建筑物等信息，以增加地圖的可讀性和實用性。

2.3 實景三維建模流程

利用無人機獲取影像數(shù)據(jù)后，后續(xù)的數(shù)據(jù)處理流程如下：1）將傾斜影像進行空中三角測量，獲得所有影像的高精度外方位元素；2）基于畸變校正后的傾斜影像和高精度的外方位元素通過多視影像密集匹配，獲得高密度三維點云，構建地形3DTIN模型；3）根據(jù)3DTIN 每個三角形面片的法線方程與二維圖像之間的夾角選擇相對應的最佳紋理信息，實現(xiàn)紋理的自動關聯(lián)；4）輸出并獲得地形三維模型成果。上述流程可以在Smart3D 等軟件中自動計算，最后生成三維場景。流程如圖3 所示。數(shù)字模型如圖4 所示。

圖3 影像數(shù)據(jù)的三維建模處理流程

圖4 三維地形場景

在整個編制測繪地圖的過程中，需要注意數(shù)據(jù)的準確性和一致性，以確保生成的地圖可以滿足數(shù)字鄉(xiāng)村建設中的需求，為數(shù)字鄉(xiāng)村建設提供有力支持。

2.4 數(shù)字化鄉(xiāng)村科學規(guī)劃

無人機遙感技術可以為數(shù)字鄉(xiāng)村建設提供高精度、高效率的地圖數(shù)據(jù)，從而為其提供有力支持。基于此高精度地圖數(shù)據(jù)，可以進行數(shù)字化鄉(xiāng)村科學規(guī)劃，包括農(nóng)村土地利用規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃、農(nóng)村旅游規(guī)劃等，從而為數(shù)字鄉(xiāng)村建設提供有力支持，全面實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興偉大戰(zhàn)略。

3 基于無人機遙感技術的數(shù)字鄉(xiāng)村建設實踐

3.1 概述

基于無人機遙感技術的數(shù)字鄉(xiāng)村建設實踐是指利用無人機遙感技術，對農(nóng)村地區(qū)進行數(shù)據(jù)采集、處理和分析，從而為數(shù)字化鄉(xiāng)村建設提供有力支持。具體包括高精度地圖制作、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理、農(nóng)村環(huán)境監(jiān)測等方面的應用。在實踐中，需要結合實際情況，選擇合適的無人機和傳感器，制定科學的數(shù)據(jù)采集和處理方案，以確保實踐效果的有效性和可靠性。

3.2 實踐與應用

首先，高精度地圖制作。通過無人機采集高分辨率影像數(shù)據(jù)，并完成高精度地圖制作，為數(shù)字化鄉(xiāng)村建設提供了有力數(shù)據(jù)支持。

其次，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。利用無人機遙感技術實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準管理。通過無人機采集土壤、氣象等數(shù)據(jù)，結合大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，實現(xiàn)針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)進行收集和分析，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結構，提高生產(chǎn)效率。

最后，農(nóng)村環(huán)境監(jiān)測。利用無人機遙感技術實現(xiàn)對農(nóng)村環(huán)境的監(jiān)測和治理。通過無人機采集大氣、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，結合傳感器和監(jiān)測設備，實現(xiàn)了對農(nóng)村環(huán)境的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，為環(huán)境治理提供了有效科學依據(jù)。

3.3 效果評估

基于無人機遙感技術的數(shù)字鄉(xiāng)村建設實踐已經(jīng)在一定程度上取得了成效。為了更好地了解其應用價值和未來發(fā)展方向，需要對實踐效果進行評估。

1）數(shù)據(jù)精度和準確性評估。在實踐中，需要評估數(shù)據(jù)采集和處理過程中的精度和準確性，以確保數(shù)據(jù)的可信度和有效性。

2）應用效果和影響評估。通過評估，可以了解實踐的實際應用效果和促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的能力。

3）經(jīng)濟效益和社會效益評估。通過評估實踐所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益，可以了解其貢獻和推動農(nóng)村現(xiàn)代化建設的能力。

3.4 問題和挑戰(zhàn)

在基于無人機遙感技術的數(shù)字鄉(xiāng)村建設實踐中，仍然存在一些問題和挑戰(zhàn)。具體來講，技術和設備成本高：無人機遙感技術需要大量的設備和技術支持，成本較高。數(shù)據(jù)處理和分析難度大：無人機遙感技術采集的數(shù)據(jù)量大，需要進行大量的數(shù)據(jù)處理和分析，對技術和人才要求較高。數(shù)據(jù)共享和安全問題：無人機遙感技術采集的數(shù)據(jù)涉及隱私和安全問題，需要建立完善的數(shù)據(jù)共享和安全保障機制。法律法規(guī)和政策環(huán)境不穩(wěn)定：無人機遙感技術的應用受到法律法規(guī)和政策環(huán)境的影響，存在不確定性和風險。

3.5 未來發(fā)展方向

基于無人機遙感技術的數(shù)字鄉(xiāng)村建設實踐具有廣闊的發(fā)展前景。未來的發(fā)展方向包括技術創(chuàng)新和升級：無人機遙感技術需要不斷地創(chuàng)新和升級，提高數(shù)據(jù)采集和處理的效率和精度。數(shù)據(jù)共享和開放：建立完善的數(shù)據(jù)共享和開放機制，促進數(shù)據(jù)的共享和利用。產(chǎn)業(yè)協(xié)同和融合：推動自然資源、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、生態(tài)環(huán)境、文化旅游等產(chǎn)業(yè)的協(xié)同和融合，實現(xiàn)數(shù)字鄉(xiāng)村建設的全面發(fā)展。人才培養(yǎng)和技術普及：加強人才培養(yǎng)和技術普及，提高數(shù)字鄉(xiāng)村建設的技術水平和應用能力。

4 結語

本文以無人機遙感技術在數(shù)字鄉(xiāng)村建設中的應用為研究對象，探討了無人機采集手段、科學編制測繪地圖、給數(shù)字鄉(xiāng)村建設提供數(shù)據(jù)進行科學規(guī)劃等方面的應用，并結合實際案例對其效果進行評估和分析。通過研究發(fā)現(xiàn)，無人機遙感技術可以為數(shù)字鄉(xiāng)村建設提供高精度、高效率的地圖數(shù)據(jù)，從而科學規(guī)劃鄉(xiāng)村發(fā)展建設藍圖，全面實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興發(fā)展。